Les atomes de carbone circulent continuellement entre l'atmosphère, l'océan, la terre et les organismes vivants. L'océan joue un rôle prépondérant dans ce cycle global du carbone, absorbant environ un quart du dioxyde de carbone émis chaque année par les activités humaines.

En surface, le CO₂ se dissout dans l'eau de mer et se transforme en carbone inorganique dissous. Le phytoplancton incorpore une partie de ce carbone dans la matière organique par photosynthèse ; une fraction s'enfonce dans les profondeurs océaniques sous forme de particules ou est transportée par les courants. Sur des échelles de temps plus longues, la formation et la dissolution des coquilles carbonatées ainsi que l'enfouissement de la matière organique dans les sédiments soustraient le carbone au cycle actif.

Les changements de la circulation océanique, de la température et de la biologie modifient l'intensité de ces flux. L'absorption de carbone d'origine anthropique a déjà entraîné une baisse du pH de surface et continuera de le faire. Comprendre le cycle du carbone océanique est donc essentiel pour prévoir à la fois le changement climatique et la composition chimique future de l'eau de mer.

Chaque année, l'océan absorbe des milliards de tonnes de carbone qui, autrement, resteraient dans l'atmosphère.