Kohlenstoffatome bewegen sich ständig zwischen Atmosphäre, Ozean, Land und Lebewesen. Der Ozean spielt in diesem globalen Kohlenstoffkreislauf eine dominierende Rolle und absorbiert jährlich etwa ein Viertel des durch menschliche Aktivitäten freigesetzten Kohlendioxids.

An der Oberfläche löst sich CO₂ im Meerwasser und wird in gelösten anorganischen Kohlenstoff umgewandelt. Phytoplankton wandelt einen Teil dieses Kohlenstoffs durch Photosynthese in organische Substanz um; ein Teil sinkt als Partikel in die Tiefsee ab oder wird von Strömungen transportiert. Über längere Zeiträume hinweg wird Kohlenstoff durch die Bildung und Auflösung von Karbonatschalen und die Einlagerung organischer Substanz in Sedimenten dem aktiven Kohlenstoffkreislauf entzogen.

Veränderungen der Meeresströmungen, der Temperatur und der biologischen Prozesse beeinflussen die Stärke dieser Stoffflüsse. Die Aufnahme von anthropogenem Kohlenstoff hat den pH-Wert der Meeresoberfläche bereits gesenkt und wird dies auch weiterhin tun. Das Verständnis des Kohlenstoffkreislaufs der Ozeane ist daher von zentraler Bedeutung für die Vorhersage sowohl des Klimawandels als auch der zukünftigen chemischen Zusammensetzung des Meerwassers.

Jedes Jahr absorbiert der Ozean Milliarden Tonnen Kohlenstoff, die sonst in der Atmosphäre verbleiben würden.