Большой круговорот веществ в пределах верхних горизонтов земного шара возникает под влиянием действия солнечной энергии и энергии распада радиоактивных веществ.
Магматическая порода, возникшая при кристаллизации магмы, поступившей из глубин Земли, на поверхности литосферы подвергается разложению — выветриванию в материал различной степени измельчения. Он сносится водами и другими агентами в пониженные места рельефа и в большей части попадает в море, океан. За этот счет образуются мощные толщи осадочных горных пород, которые в ходе времени погружаются на большие глубины и в области повышенных температур и давлений подвергаются метаморфизму, переплавлению.
При переплавлении возникает магма, которая в благоприятных условиях может снова поступить в верхние горизонты земной коры, где застывает в форме различных интрузивных тел. Затем все повторяется сначала.
Общий круговорот веществ складывается из отдельных процессов, которые не являются полностью обратимыми, так как происходит рассеивание вещества, изменение его состава и т. д.
В пределах биосферы осуществляются геологические круговороты. Энергетической основой для них служит энергия Солнца. Геологический круговорот наиболее четко проявляется в процессе непрерывного, взаимосвязанного перемещения воды на Земле. Под воздействием солнечной энергии вода в биосфере непрерывно переходит из одного состояния в другое. Испарение ее с поверхности океана, подъем водяных паров в атмосферу и выпадение на поверхность океана в форме осадков образуют малый круговорот воды. Когда водяные пары переносятся на сушу, круговорот усложняется. В виде осадков вода выпадает на поверхность суши, часть ее вновь испаряется и поступает в атмосферу. Другая часть питает реки и озера, внутренними и поверхностными стоками вновь выносится в океан. Этим завершается большой круговорот воды. Важнейшее свойство круговорота воды заключается в том, что он, взаимодействуя с литосферой, атмосферой и живым веществом, связывает воедино все части гидросферы: океан, реки, почвенную влагу, подземные воды и атмосферную влагу. В осуществлении круговорота воды велика роль транспирации (испарение) растений. Известно, что 1 гектар елового леса за год транспирирует около 4000 м куб. воды.
В целом на земном шаре суммарное испарение воды компенсируется выпадением осадков.
С появлением живого вещества на основе геологических круговоротов возникли малые биологические круговороты — миграция элементов при помощи живых организмов. Химические элементы непрерывно циркулируют в биосфере, переходя из внешней среды в организмы и опять во внешнюю среду. Такая циркуляция веществ по более или менее замкнутым путям называется биогеохимическим циклом. Основными биогеохимическими циклами являются круговороты кислорода, углерода, водорода, азота, фосфора, серы и других биогенных элементов. Поступление углекислого газа в атмосферу происходит в результате дыхания, горения, разложения веществ. Поглощение же из атмосферы — только в результате фотосинтеза. Кислород, наоборот, поступает в атмосферу только за счет фотосинтеза, а потребляется на дыхание, горение, окислительные процессы. За 6—7 лет из атмосферы поглощается на фотосинтез весь углекислый газ, а за 400 лет — из атмосферы и гидросферы. Весь кислород атмосферы обновляется за 3000—4000 лет.
Большие и малые круговороты тесно взаимосвязаны друг с другом: малые круговороты являются составной частью больших.
До тех пор, пока связывание элементов биосферы и их возвращение в окружающую среду стабильно, биосфера как система функционирует также стабильно. Достаточно нарушить динамический баланс между расходованием и поступлением элементов, как в биосфере начнут происходить необратимые изменения. Известный французский физиолог К.Бернар (1813—1878) говорил: "Жизнь может быть только там, где есть совместно и синтез, и органическое разрушение". Известно, что в настоящее время растения уже не в состоянии поддерживать устойчивое соотношение между потреблением углерода и его поступлением в атмосферу. Накопление углекислого газа может привести к повышению температуры на планете и таянию ледников (явление парникового эффекта), что вызовет повышение уровня Мирового океана. Вот почему так важно не нарушать стабильности природных процессов, сложившихся на планете в течение миллионов лет. Ведь мы еще до сих пор не знаем всех последствий, которые нас ожидают при неразумном вмешательстве человека в природные процессы.