A tápanyag-ciklus az ökoszisztéma egyik legfontosabb folyamata. A tápanyagciklus leírja a tápanyagok felhasználását, mozgását és újrahasznosítását a környezetben. Értékes elemek, mint például szén, oxigén, hidrogén, foszfor, és a nitrogén nélkülözhetetlen az életben, és újrahasznosítani kell azokat az organizmusok fennmaradása érdekében. A tápanyag-ciklus mindkettőt magában foglalja élő és nem életképes összetevők, és biológiai, geológiai és kémiai folyamatokat vonnak maguk után. Ezért ezeket a tápanyagköröket biogeokémiai ciklusnak nevezzük.
A biogeokémiai ciklusokat két fő típusba lehet sorolni: globális ciklusok és helyi ciklusok. Az olyan elemeket, mint a szén, a nitrogén, az oxigén és a hidrogén, abiotikus környezetben, többek között a légkör, víz és talaj. Mivel a légkör a fő abiotikus környezet, amelyből ezeket az elemeket betakarítják, ciklusuk globális jellegű. Ezek az elemek haladhatnak nagy távolságon, mielőtt biológiai szervezetek felveszik őket. A talaj a fő abiotikus környezet az olyan elemek újrahasznosításához, mint a foszfor, a kalcium és a kálium. Mint ilyen, mozgásuk tipikusan egy helyi régió felett zajlik.
A szén minden életben nélkülözhetetlen, mivel az élő szervezetek fő alkotóeleme. Ez a gerinc elem mindenki számára szerves polimerek, beleértve szénhidrátok, fehérjékés lipidek. A szénvegyületek, például a szén-dioxid (CO2) és a metán (CH4) keringnek a légkörben, és befolyásolják a globális éghajlatot. A szén kering az ökoszisztéma élő és nem élő elemei között, elsősorban a fotoszintézis és a légzés folyamatain keresztül. A növények és más fotoszintetikus szervezetek szén-dioxidot kapnak a környezetükből és biológiai anyagok előállításához használják. Növények, állatok és bomlók (baktériumok és gombák) légzés útján visszajuttatja a CO2-t a légkörbe. A szénnek a környezet biotikus alkotóelemein keresztüli mozgását gyors szénciklusnak nevezzük. Sokkal rövidebb idő szükséges ahhoz, hogy a szén átkerüljön a ciklus biotikus elemein, mint amennyi ahhoz szükséges, hogy áthaladjon az abiotikus elemekön. 200 millió évig is eltarthat, amíg a szén mozog az abiotikus elemekön, például sziklákon, talajon és óceánokon keresztül. Tehát ezt a szénkeringést lassú szénciklusnak hívják.
A szénhez hasonlóan a nitrogén a biológiai molekulák szükséges alkotóeleme. Ezen molekulák némelyike tartalmazza aminosavak és nukleinsavak. Noha a nitrogén (N2) bőséges a légkörben, a legtöbb élő szervezet nem képes nitrogént használni ebben a formában a szerves vegyületek előállítására. Először bizonyos baktériumok rögzítik a légköri nitrogént, vagy ammóniává (NH3) alakíthatják.
Az oxigén olyan elem, amely nélkülözhetetlen a biológiai szervezetek számára. A légköri oxigén (O2) túlnyomó része származik fotoszintézis. A növények és más fotoszintetikus organizmusok CO2-t, vizet és fényenergiát használnak glükóz és O2 előállítására. A glükózt használják a szerves molekulák szintetizálására, miközben az O2 a légkörbe kerül. Az oxigént az atmoszférából bomlási folyamatok és élő szervezetek légzésének útján távolítják el.
A foszfor olyan biológiai molekulák alkotóeleme, mint a RNS, DNS, foszfolipidekés adenozin-trifoszfát (ATP). Az ATP egy nagy energiatartalmú molekula, amelyet az alábbiakban ismertetett folyamatok során állítanak elő sejtlégzés és erjesztés. A foszfor ciklusban a foszfort elsősorban a talaj, a sziklák, a víz és az élő szervezetek keringik. A foszfort organikusan a foszfát-ion (PO43-) formájában találják meg. A foszfort adják a talajhoz és a vízhez a foszfátokat tartalmazó kőzetek időjárási körülményeinek befolyása miatt. A PO43- a növények felszívja a talajból, és a fogyasztók a növények és más állatok fogyasztása révén nyerik el. A foszfátokat a bomlás révén visszajuttatják a talajba. A foszfátok csapdába eshetnek a vízi környezet üledékeiben is. Ezek a foszfáttartalmú üledékek idővel új kőzeteket képeznek.