Ο κύκλος των θρεπτικών ουσιών είναι μία από τις σημαντικότερες διαδικασίες που συμβαίνουν σε ένα οικοσύστημα. Ο κύκλος θρεπτικών ουσιών περιγράφει τη χρήση, την κυκλοφορία και την ανακύκλωση των θρεπτικών ουσιών στο περιβάλλον. Πολύτιμα στοιχεία όπως άνθρακας, οξυγόνο, υδρογόνο, φώσφορος, και το άζωτο είναι απαραίτητα για τη ζωή και πρέπει να ανακυκλωθούν για να υπάρχουν οι οργανισμοί. Οι κύκλοι θρεπτικών ουσιών συμπεριλαμβάνουν και τους δύο ζωή και μη βιώσιμα συστατικά και περιλαμβάνουν βιολογικές, γεωλογικές και χημικές διεργασίες. Για το λόγο αυτό, αυτά τα θρεπτικά κυκλώματα είναι γνωστά ως βιογεωχημικοί κύκλοι.
Οι βιογεωχημικοί κύκλοι μπορούν να κατηγοριοποιηθούν σε δύο κύριους τύπους: παγκόσμιους κύκλους και τοπικούς κύκλους. Στοιχεία όπως ο άνθρακας, το άζωτο, το οξυγόνο και το υδρογόνο ανακυκλώνονται μέσω αβιοτικών περιβαλλόντων, συμπεριλαμβανομένου του ατμόσφαιρα, το νερό και το έδαφος. Δεδομένου ότι η ατμόσφαιρα είναι το κύριο αβιοτικό περιβάλλον από το οποίο συλλέγονται αυτά τα στοιχεία, οι κύκλοι τους είναι παγκόσμιου χαρακτήρα. Αυτά τα στοιχεία μπορούν να ταξιδεύουν σε μεγάλες αποστάσεις προτού αναληφθούν από βιολογικούς οργανισμούς. Το έδαφος είναι το κύριο αβιοτικό περιβάλλον για την ανακύκλωση στοιχείων όπως ο φώσφορος, το ασβέστιο και το κάλιο. Ως εκ τούτου, η μετακίνησή τους είναι συνήθως σε μια τοπική περιοχή.
Ο άνθρακας είναι απαραίτητος για όλη τη ζωή, καθώς είναι το κύριο συστατικό των ζωντανών οργανισμών. Χρησιμεύει ως συστατικό κορμού για όλους οργανικά πολυμερή, συμπεριλαμβανομένου υδατάνθρακες, πρωτεΐνες, και λιπίδια. Οι ενώσεις άνθρακα, όπως το διοξείδιο του άνθρακα (CO2) και το μεθάνιο (CH4), κυκλοφορούν στην ατμόσφαιρα και επηρεάζουν τα παγκόσμια κλίματα. Ο άνθρακας κυκλοφορεί μεταξύ ζωντανών και μη βιώσιμων συστατικών του οικοσυστήματος κυρίως μέσω των διαδικασιών φωτοσύνθεσης και αναπνοής. Τα φυτά και άλλοι φωτοσυνθετικοί οργανισμοί λαμβάνουν CO2 από το περιβάλλον τους και το χρησιμοποιούν για την κατασκευή βιολογικών υλικών. Φυτά, ζώα και αποσυνθέτες (βακτήρια και μύκητες) επιστρέφουν το CO2 στην ατμόσφαιρα μέσω της αναπνοής. Η μετακίνηση άνθρακα μέσω βιοτικών συστατικών του περιβάλλοντος είναι γνωστή ως ο γρήγορος κύκλος άνθρακα. Χρειάζεται πολύ λιγότερος χρόνος για τον άνθρακα να κινηθεί μέσω των βιοτικών στοιχείων του κύκλου από ό, τι χρειάζεται για να κινηθεί μέσα από τα αβιοτικά στοιχεία. Μπορεί να διαρκέσει 200 εκατομμύρια χρόνια ώστε ο άνθρακας να μετακινηθεί μέσω αβιοτικών στοιχείων όπως οι βράχοι, το έδαφος και οι ωκεανοί. Έτσι, αυτή η κυκλοφορία του άνθρακα είναι γνωστή ως αργός κύκλος άνθρακα.
Παρόμοια με τον άνθρακα, το άζωτο είναι απαραίτητο συστατικό των βιολογικών μορίων. Μερικά από αυτά τα μόρια περιλαμβάνουν αμινοξέα και νουκλεϊκά οξέα. Αν και το άζωτο (N2) είναι άφθονο στην ατμόσφαιρα, οι περισσότεροι ζωντανοί οργανισμοί δεν μπορούν να χρησιμοποιήσουν άζωτο σε αυτή τη μορφή για να συνθέσουν οργανικές ενώσεις. Το ατμοσφαιρικό άζωτο πρέπει πρώτα να σταθεροποιηθεί ή να μετατραπεί σε αμμωνία (NH3) από συγκεκριμένα βακτήρια.
Το οξυγόνο είναι ένα στοιχείο που είναι απαραίτητο για τους βιολογικούς οργανισμούς. Η μεγάλη πλειοψηφία του ατμοσφαιρικού οξυγόνου (O2) προέρχεται από φωτοσύνθεση. Τα φυτά και άλλοι φωτοσυνθετικοί οργανισμοί χρησιμοποιούν CO2, νερό και ενέργεια φωτός για να παράγουν γλυκόζη και οξυγόνο. Η γλυκόζη χρησιμοποιείται για τη σύνθεση οργανικών μορίων, ενώ το 02 απελευθερώνεται στην ατμόσφαιρα. Το οξυγόνο απομακρύνεται από την ατμόσφαιρα μέσω διεργασιών αποσύνθεσης και αναπνοής σε ζωντανούς οργανισμούς.
Ο φωσφόρος είναι ένα συστατικό των βιολογικών μορίων όπως RNA, DNA, φωσφολιπίδια, και τριφωσφορική αδενοσίνη (ΑΤΡ). Το ATP είναι ένα μόριο υψηλής ενέργειας που παράγεται από τις διεργασίες του κυτταρική αναπνοή και τη ζύμωση. Στον κύκλο του φωσφόρου, ο φωσφόρος κυκλοφορεί κυρίως μέσω εδάφους, βράχων, νερού και ζωντανών οργανισμών. Ο φωσφόρος βρίσκεται οργανικά στη μορφή του φωσφορικού ιόντος (PO43-). Ο φωσφόρος προστίθεται στο έδαφος και στο νερό με απορροή που προκύπτει από τις καιρικές συνθήκες των πετρωμάτων που περιέχουν φωσφορικά άλατα. Η PO43- απορροφάται από το έδαφος από τα φυτά και λαμβάνεται από τους καταναλωτές μέσω της κατανάλωσης φυτών και άλλων ζώων. Τα φωσφορικά προστίθενται στο έδαφος με αποσύνθεση. Τα φωσφορικά άλατα μπορούν επίσης να παγιδευτούν σε ιζήματα σε υδάτινα περιβάλλοντα. Αυτά τα ιζήματα που περιέχουν φωσφορικά σχηματίζουν νέους βράχους με την πάροδο του χρόνου.