De wet van behoud van massa is ook van toepassing op de beweging van materie door levende systemen. Terwijl voedingsstoffen zich door de biosfeer bewegen, worden elementen voortdurend overgedragen tussen organismen en hun omgeving via biogeochemische cycli, zoals de stikstofcyclus en de fosforcyclus.
De beweging van koolstof via de koolstofcyclus is een goed voorbeeld van hoe massa in levende systemen wordt behouden. De bron van de koolstof die in levende materie wordt aangetroffen, is kooldioxide dat zich in de lucht bevindt of in water is opgelost. In terrestrische omgevingen gebruiken planten kooldioxide uit de lucht om koolhydraten te maken via fotosynthese. Deze verbindingen gaan naar herbivoren – organismen die planten eten – en vervolgens naar organismen die de herbivoren eten. Om energie te winnen breken organismen koolhydraten af via celademhaling, waarbij kooldioxide vrijkomt dat weer in de atmosfeer terechtkomt. De koolstof in dierlijk afval – en in de weefsels van dode organismen – komt door afbraak in het milieu terecht. Een deel van de koolstof komt als kooldioxide weer in de atmosfeer terecht. Sommige koolstof wordt echter ondergronds opgeslagen. De koolstof in fossiele brandstoffen, zoals steenkool en olie, is afkomstig van de vergane weefsels van planten en dieren die miljoenen jaren geleden zijn afgezet. Deze koolstof komt terug in de atmosfeer door verbranding wanneer deze brandstoffen worden gebruikt. Verbranding is ook verantwoordelijk voor de koolstofdioxide die vrijkomt bij het verbranden van vegetatie en het uitbarsten van vulkanen.
Koolstof verplaatst zich ook door aquatische ecosystemen, waar koolstofdioxide dat in water is opgelost, wordt opgenomen door algen en fytoplankton voor fotosynthese en via celademhaling weer in het water terechtkomt. Koolstof dat in bodemsedimenten wordt afgezet uit de vergane resten van organismen helpt minerale verbindingen te vormen die sommige waterdieren, zoals oesters, in hun schelpen opnemen.
De koolstofcyclus toont aan dat dezelfde koolstofatomen in de loop van eonen herhaaldelijk kunnen worden verplaatst tussen organismen, de atmosfeer, de bodem en de oceanen. Koolstof die door een dier als kooldioxide wordt uitgestoten, kan 5 of 10 jaar in de atmosfeer blijven voordat het door een ander organisme wordt opgenomen, of de koolstof kan vrijwel onmiddellijk weer in een naburige plant terechtkomen en bij de fotosynthese worden gebruikt. Zelfs wanneer organismen sterven, wordt de koolstof in hun weefsels niet vernietigd, hoewel het van vorm kan veranderen terwijl het door het milieu circuleert.