Cykle biogeochemiczne to zbiorowa nazwa cyklicznego przetwarzania pewnych substancji przez żywą i nieożywioną materię w biologicznych, geologicznych i chemicznych układach Ziemi. Stosunkowo rzadkie cykle biogeochemiczne występują tylko w atomach, które występują zarówno w substancjach organicznych, jak i nieorganicznych. Najczęstsze cykle biogeochemiczne to obieg azotu i węgla, a następnie obieg tlenu i wody.
Azot stanowi nie tylko 78.8 procent ziemskiej atmosfery, ale znajduje się również w białkach większości cząsteczek organicznych. Cykl azotowy rozpoczyna się, gdy pewne bakterie w glebie w pobliżu korzeni roślin łączą azot z powietrza z atomami tlenu lub wodoru, tworząc cząsteczki NO3, azotanu lub NH3, amoniaku, które rośliny następnie wchłaniają i przetwarzają. Organizmy roślinożerne żywią się roślinami, aby pozyskać azot, a zwierzęta wszystkożerne żywią się roślinożercami, przenosząc azot do ich ciała. Zużyty azot jest uwalniany w odchodach zwierzęcych, które jedzą niektóre bakterie, pozwalając na uwolnienie azotu z powrotem do powietrza.
Chociaż węgiel jest dopiero czwartym najbardziej rozpowszechnionym pierwiastkiem na świecie, jest to pierwiastek, który służy jako baza dla wszystkich żywych istot. Cykl węglowy polega na przekształceniu węgla w materię organiczną, a następnie z powrotem w cząsteczki nieorganiczne. Rośliny wykorzystują węgiel w postaci dwutlenku węgla w procesie oddychania podczas fotosyntezy oraz do budowy tkanki. Zwierzęta pozyskują węgiel poprzez węglowodany, uwalniając cząsteczki węgla do powietrza podczas oddychania. Kiedy umierają rośliny i zwierzęta, węgiel jest uwalniany do powietrza, gdy organizmy utleniają materię.
Cykl tlenu jest powiązany z obiegiem węgla poprzez oddychanie zwierząt i roślin. Drugi najliczniej występujący pierwiastek w ziemskiej atmosferze, tlen, jest również niezbędny dla większości materiałów organicznych. Tlen jest uwalniany do atmosfery przez rośliny zielone, które produkują go z wody i dwutlenku węgla jako produkt uboczny fotosyntezy. Następnie wszystkie zwierzęta wdychają go, aby umożliwić swoim organizmom przetworzenie cukrów, których używają do produkcji energii. Dodatkowo, tlen w wodzie przechodzi przez rośliny i zwierzęta wodne w taki sam sposób, w jaki tlen w powietrzu przemieszcza się przez organizmy ziemskie.
Ostatni z cykli biogeochemicznych, cykl hydrologiczny, dotyczy ruchu wody. Ponad miliard ton wody nieustannie przepływa przez Ziemię. Cykl ten pomaga w utrzymaniu bilansów energetycznych. Woda przedostaje się do powietrza poprzez parowanie w punktach o wysokiej energii i jest przenoszona przez wiatr do punktów o niskiej energii, gdzie jest uwalniana przez opady. Po powrocie na Ziemię woda nie tylko uzupełnia zapasy wody, którą piją zwierzęta, ale wsiąka w glebę, z której korzystają rośliny.