В природе существуют большой и малый круговороты веществ. Большой, или геологический, круговорот перераспределяет вещества между биосферой и более глубокими слоями Земли. Малый, или биогеохимический, круговорот веществ происходит только в биосфере; в результате него из неорганических соединений образуется живое вещество посредством фотосинтеза и при разложении осуществляется переход органического вещества в неорганические соединения.

В. И. Вернадский назвал круговорот отдельных веществ биогеохимическими циклами.

Суть цикла заключается в том, что химические элементы сначала попадают в организм, затем из него в абиотическую среду и через какой-то промежуток времени снова возвращаются в организм и т. д. Данные элементы называют биофильными. Биогеохимические циклы и общий круговорот обеспечивают в биосфере основные функции живого вещества (по В. И. Вернадскому):

1)  газовую (атмосферные и подземные газы имеют биогенное происхождение и являются продуктами разложения мертвой органики);

2)  концентрационную (способность организмов накапливать в телах многие химические элементы);

3)  окислительно-восстановительную (водные организмы регулируют кислородный режим и способствуют растворению или осаждению ряда металлов и неметаллов с переменной валентностью);

4)  биохимическую (размножение, рост и перемещение в пространстве живого вещества);

5)  биогеохимическую деятельность человека (использование человеком веществ земной коры для своих нужд).

В биогеохимических круговоротах различают резервный фонд (значительную массу движущихся веществ, которые не связаны с организмами) и обменный фонд (небольшой и активный, основанный на прямом обмене биогенным веществом между организмами и окружающей средой).

В биосфере выделяют газовый цикл с резервным фондом в атмосфере и гидросфере и осадочный цикл с резервным фондом в земной коре.

Наиболее жизненно важными являются вещества, входящие в состав белковых молекул, – углерод, кислород, азот, фосфор и сера. Биогеохимические циклы углерода, кислорода и азота вследствие большого содержания в атмосфере обладают способностью к быстрой саморегуляции. Так, скорость полной замены диоксида углерода в атмосфере – около 300 лет. Главный резерв биологически связанного углерода– леса, содержащие до 500 млрд т данного элемента.

Скорость круговорота кислорода составляет 2 тыс. лет. Основным источником кислорода на нашей планете являются зеленые растения, производящие на суше 53 х 109 т и в океанах – 414 х 109 т кислорода ежегодно.

Круговорот фосфора и серы – осадочный биогеохимический цикл.