炭素循環（たんそじゅんかん、）とは、地球上の生物圏、岩石圏、水圏、大気圏の間で行われる炭素の交換という生化学的な循環で、これらは炭素の保管庫（リザーバー）となっている。炭素循環は、一般にこの4つのリザーバー、具体的には大気、陸域生物圏（陸水系は普通ここに含まれる）、海洋、堆積物（化石燃料を含む）と、その間を相互に移動する経路で成り立っている。年間の炭素の移動は、リザーバー間で起こる様々な化学的、物理学的、地質学的、生物学的なプロセスを経て行われる。地球表層付近での最も大きな炭素の保管場所は海洋である。全球の炭素収支は炭素リザーバーの間、もしくは特定の循環（特に大気 - 海洋間）での炭素交換のバランス（吸収と放出）で示される。炭素収支を吟味することで、リザーバーが二酸化炭素の吸収源となっているのか発生源となっているのかを判断することができる。大気圏中の炭素は気体、主に二酸化炭素ガスの状態で存在する。全大気のなかでは少量（増加しつつあるがおよそ0.04%）であるが、生命活動が維持されるための重要な役割を果たしている。大気中に存在する炭素を含む気体には、他にメタンやクロロフルオロカーボン（ほとんどが人為起源）があり、これらは全て温室効果ガスと呼ばれる。大気への放出はここ数十年劇的に増加し、地球温暖化の原因とされている。炭素は大気から二つの経路で除去される。炭素は様々な過程を経て大気に再び放出される。炭素は地球上の生命活動で基本的な物質で、細胞骨格、生化学、栄養作用において重要な物質である。また、生命は炭素循環においても重要な役割を果たしている。地球上の産業革命以前の炭素の分布概要は、炭素換算で右表のとおりである。大気での二酸化炭素は別データで炭素換算で、7,500億トンである。地殻、マントル最上部を含めたリソスフェア（岩石圏）中では重量比で0.03%の炭素が含まれている（地殻中の元素の存在度も参照のこと）。気候の変化を予測するための全球気候モデルを炭素循環モデルと結合させることによって、海洋と生物圏の相互作用応答を組み込み、将来の COレベルをモデル予測できるようになる。物理的生化学的なサブモデル（特に後者）には無視できない不正確さがあるが、これらのモデルは気温と二酸化炭素の間に正のフィードバック効果があることを典型的に示す。例えばZengほか ("GRL

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