Das Gesetz der Massenerhaltung gilt auch für die Bewegung von Materie durch lebende Systeme. Während sich Nährstoffe durch die Biosphäre bewegen, werden Elemente kontinuierlich zwischen Organismen und ihrer Umgebung durch biogeochemische Kreisläufe, wie den Stickstoff- und den Phosphorkreislauf, übertragen.
Die Bewegung von Kohlenstoff durch den Kohlenstoffkreislauf ist ein gutes Beispiel dafür, wie die Masse in lebenden Systemen erhalten bleibt. Die Quelle des Kohlenstoffs in der lebenden Materie ist Kohlendioxid, das sich in der Luft befindet oder im Wasser gelöst ist. In terrestrischen Umgebungen verwenden Pflanzen Kohlendioxid aus der Luft, um durch Photosynthese Kohlenhydrate herzustellen. Diese Verbindungen wandern zu Pflanzenfressern – Organismen, die Pflanzen fressen – und dann zu Organismen, die die Pflanzenfresser fressen. Um Energie zu gewinnen, bauen die Organismen die Kohlenhydrate durch Zellatmung ab und setzen dabei Kohlendioxid wieder in die Atmosphäre frei. Der Kohlenstoff in tierischen Abfällen – und in den Geweben toter Organismen – wird durch die Zersetzung in die Umwelt freigesetzt. Ein Teil des Kohlenstoffs gelangt als Kohlendioxid zurück in die Atmosphäre. Ein Teil des Kohlenstoffs ist jedoch unterirdisch gespeichert. Der Kohlenstoff in fossilen Brennstoffen wie Kohle und Öl stammt aus dem verrotteten Gewebe von Pflanzen und Tieren, das sich vor Millionen von Jahren abgelagert hat, und gelangt bei der Verbrennung dieser Brennstoffe wieder in die Atmosphäre. Die Verbrennung ist auch für das Kohlendioxid verantwortlich, das bei der Verbrennung von Pflanzen und beim Ausbruch von Vulkanen freigesetzt wird.
Kohlenstoff bewegt sich auch durch aquatische Ökosysteme, wo im Wasser gelöstes Kohlendioxid von Algen und Phytoplankton für die Photosynthese aufgenommen und durch Zellatmung wieder ins Wasser abgegeben wird. In den Bodensedimenten lagert sich Kohlenstoff aus den zerfallenen Überresten von Organismen ab und trägt zur Bildung von Mineralverbindungen bei, die einige Wassertiere, wie z. B. Austern, in ihre Schalen einbauen.
Der Kohlenstoffkreislauf zeigt, dass dieselben Kohlenstoffatome im Laufe der Äonen wiederholt zwischen Organismen, der Atmosphäre, dem Boden und den Ozeanen hin und her wandern können. Kohlenstoff, der von einem Tier als Kohlendioxid freigesetzt wird, kann 5 oder 10 Jahre lang in der Atmosphäre verbleiben, bevor er von einem anderen Organismus aufgenommen wird, oder der Kohlenstoff kann fast sofort in eine benachbarte Pflanze zurückkehren und bei der Photosynthese verwendet werden. Selbst wenn Organismen sterben, wird der Kohlenstoff in ihren Geweben nicht zerstört, obwohl er seine Form ändern kann, während er die Umwelt durchläuft.