地球上に存在する炭素が、大気圏と陸圏、水圏の間を循環するサイクルのこと。炭素循環ともいう。二酸化炭素（ＣＯ２）やメタンなど炭素化合物である温室効果ガスの発生や吸収も炭素サイクルの一部だ。自然界では本来、生物の呼吸などで発生するＣＯ２と、植物の光合成による吸収とのバランスが取れている。なかでも海には、大気中の約50倍もの量の炭素が蓄えられている。しかし、人間活動による化石燃料の燃焼に伴って温室効果ガスが増えたり、森林の伐採でたくさんの炭素が大気中に放出されたりするとそのバランスが崩れ、大気中の温室効果ガス濃度が高くなる。
産業革命以降、とくに20世紀に入ってからＣＯ２などの温室効果ガスが急増し、それにより地球温暖化が進んだため、自然の生態系や人間社会が大きな影響を受けている。国際社会はこうした影響を少なくするため、気候変動に関する国際連合枠組条約などの場で対策について話し合っている。また、炭素サイクルを改善するだけでなく、水素エネルギーのように炭素を消費、排出しない資源やエネルギーにシフトしていくことを、炭素フリーと呼ぶ。
