Các nguyên tử carbon di chuyển liên tục giữa khí quyển, đại dương, đất liền và các sinh vật sống. Đại dương đóng vai trò chủ đạo trong chu trình carbon toàn cầu này, hấp thụ khoảng một phần tư lượng khí carbon dioxide do hoạt động của con người thải ra mỗi năm.

Trên bề mặt, CO2 hòa tan vào nước biển và chuyển hóa thành carbon vô cơ hòa tan. Thực vật phù du kết hợp một phần carbon đó vào chất hữu cơ thông qua quá trình quang hợp; một phần khác chìm xuống đáy đại dương dưới dạng các hạt hoặc được vận chuyển bởi các dòng hải lưu. Trong thời gian dài hơn, sự hình thành và hòa tan của vỏ cacbonat và sự chôn vùi chất hữu cơ trong trầm tích loại bỏ carbon khỏi chu trình hoạt động.

Những thay đổi trong sự lưu thông, nhiệt độ và sinh vật biển làm thay đổi cường độ của các dòng chảy này. Sự hấp thụ carbon do con người tạo ra đã làm giảm độ pH bề mặt và sẽ tiếp tục làm như vậy. Do đó, việc hiểu chu trình carbon của đại dương là rất quan trọng để dự đoán cả biến đổi khí hậu và thành phần hóa học của nước biển trong tương lai.

Mỗi năm, đại dương hấp thụ hàng tỷ tấn carbon mà nếu không sẽ vẫn tồn tại trong khí quyển.