A ciclagem de nutrientes é um dos processos mais importantes que ocorrem em um ecossistema. O ciclo de nutrientes descreve o uso, movimento e reciclagem de nutrientes no ambiente. Elementos valiosos como carbono, oxigênio, hidrogênio, fósforo, e nitrogênio são essenciais à vida e devem ser reciclados para que os organismos existam. Os ciclos de nutrientes incluem tanto vivo componentes não-vivos e envolvem processos biológicos, geológicos e químicos. Por esse motivo, esses circuitos de nutrientes são conhecidos como ciclos biogeoquímicos.
Os ciclos biogeoquímicos podem ser classificados em dois tipos principais: ciclos globais e ciclos locais. Elementos como carbono, nitrogênio, oxigênio e hidrogênio são reciclados em ambientes abióticos, incluindo o atmosfera, água e solo. Como a atmosfera é o principal ambiente abiótico do qual esses elementos são colhidos, seus ciclos são de natureza global. Esses elementos podem percorrer grandes distâncias antes de serem absorvidos por organismos biológicos. O solo é o principal ambiente abiótico para a reciclagem de elementos como fósforo, cálcio e potássio. Como tal, seu movimento é tipicamente sobre uma região local.
O carbono é essencial para toda a vida, pois é o principal constituinte dos organismos vivos. Serve como o componente principal para todos polímeros orgânicos, Incluindo carboidratos, proteínase lipídios. Compostos de carbono, como dióxido de carbono (CO2) e metano (CH4), circulam na atmosfera e influenciam o clima global. O carbono circula entre os componentes vivos e os não vivos do ecossistema principalmente através dos processos de fotossíntese e respiração. Plantas e outros organismos fotossintéticos obtêm CO2 do ambiente e o utilizam para construir materiais biológicos. Plantas, animais e decompositores (bactérias e fungos) devolvem o CO2 à atmosfera através da respiração. O movimento do carbono através dos componentes bióticos do ambiente é conhecido como o ciclo rápido do carbono. Leva muito menos tempo para o carbono percorrer os elementos bióticos do ciclo do que para os elementos abióticos. Pode levar até 200 milhões de anos para que o carbono se mova através de elementos abióticos, como rochas, solo e oceanos. Assim, essa circulação de carbono é conhecida como ciclo lento de carbono.
Semelhante ao carbono, o nitrogênio é um componente necessário das moléculas biológicas. Algumas dessas moléculas incluem aminoácidos e ácidos nucleicos. Embora o nitrogênio (N2) seja abundante na atmosfera, a maioria dos organismos vivos não pode usar nitrogênio nesta forma para sintetizar compostos orgânicos. O nitrogênio atmosférico deve primeiro ser fixado ou convertido em amônia (NH3) por certas bactérias.
O oxigênio é um elemento essencial aos organismos biológicos. A grande maioria do oxigênio atmosférico (O2) é derivada de fotossíntese. As plantas e outros organismos fotossintéticos usam CO2, água e energia luminosa para produzir glicose e O2. A glicose é usada para sintetizar moléculas orgânicas, enquanto o O2 é liberado na atmosfera. O oxigênio é removido da atmosfera através de processos de decomposição e respiração nos organismos vivos.
O fósforo é um componente de moléculas biológicas como RNA, DNA, fosfolipídiose trifosfato de adenosina (ATP). ATP é uma molécula de alta energia produzida pelos processos de respiração celular e fermentação. No ciclo do fósforo, o fósforo circula principalmente através do solo, rochas, água e organismos vivos. O fósforo é encontrado organicamente na forma do íon fosfato (PO43-). O fósforo é adicionado ao solo e à água pelo escoamento resultante do desgaste das rochas que contêm fosfatos. PO43- é absorvido do solo pelas plantas e obtido pelos consumidores através do consumo de plantas e outros animais. Os fosfatos são adicionados de volta ao solo através da decomposição. Os fosfatos também podem ficar presos em sedimentos em ambientes aquáticos. Esses sedimentos contendo fosfato formam novas rochas ao longo do tempo.