تتحرك ذرات الكربون باستمرار بين الغلاف الجوي والمحيطات واليابسة والكائنات الحية. ويلعب المحيط دورًا رئيسيًا في دورة الكربون العالمية هذه، حيث يمتص ما يقرب من ربع ثاني أكسيد الكربون المنبعث من الأنشطة البشرية كل عام.

على السطح، يذوب ثاني أكسيد الكربون في مياه البحر ويتحول إلى كربون غير عضوي مذاب. يدمج العوالق النباتية جزءًا من هذا الكربون في مواد عضوية من خلال عملية التمثيل الضوئي؛ بينما يغوص جزء منه في أعماق المحيط على شكل جزيئات أو تنقله التيارات. على مدى فترات زمنية أطول، يؤدي تكوين وذوبان الأصداف الكربوناتية ودفن المواد العضوية في الرواسب إلى إزالة الكربون من الدورة النشطة.

تؤدي التغيرات في دوران المحيطات ودرجة حرارتها وبيولوجيتها إلى تغيير قوة هذه التدفقات. وقد أدى امتصاص الكربون الناتج عن الأنشطة البشرية بالفعل إلى خفض درجة حموضة سطح المحيط، وسيستمر هذا الانخفاض. لذا، يُعد فهم دورة الكربون في المحيط أمرًا أساسيًا للتنبؤ بتغير المناخ والتركيب الكيميائي لمياه البحر في المستقبل.

يمتص المحيط كل عام مليارات الأطنان من الكربون التي كانت ستبقى في الغلاف الجوي لولا ذلك.