Uhlík se v atmosféře vyskytuje v molekulách plynů, především oxidu uhličitého a metanu. Oxid uhličitý je součástí přirozeného uhlíkového cyklu.

Většinu uhlíku v rámci koloběhu pohltí rostliny procesem fotosyntézy a vody. Opačně se pak uhlík uvolňuje oxidací, tedy reakcí s kyslíkem. 

Oxid uhličitý se z klimatického hlediska považuje za skleníkový plyn a jeho koncentrace v atmosféře ovlivňuje zemské klima. Má se za to, že jeho současná koncentrace způsobuje klimatické změny a proto je nutno jeho koncentraci v atmosféře snižovat.