Hiili kiertää luonnossa kahdella tavalla: nopeasti elollisessa luonnossa ja hitaasti elottomassa luonnossa. Nopeaa kiertoa kutsutaan nimellä biosykli ja hidasta kiertoa nimellä geosykli.

Biosyklissä kasvit sitovat ilmakehästä hiilidioksidia yhteyttämisreaktiossa. Näin ilmakehän hiili siirtyy osaksi ravintoketjua. Hiili vapautuu takaisin ilmakehään soluhengityksen, hengitysilman, puiden lahoamisen ja kuolleiden eliöiden maatumisen kautta.

Geosyklissä hiilidioksidia (CO₂) liukenee veteen, jossa se muuntuu suolamuotoon karbonaatiksi (CO₃²⁻). Vedestä hiili siirtyy vähitellen maa- ja kallioperään, kun vesieliöt ja kasvit käyttävät karbonaatteja ravinnoksi. Eliöiden kuollessa ja maatuessa karbonaatit siirtyvät maa- ja kallioperään muodostaen kerroksia, joista kehittyy miljoonien vuosien kuluessa kivihiiltä, maakaasua, raakaöljyä ja turvetta. Samalla tavalla hiili kulkeutuu maaperään myös maalla elävien eläinten ja kasvien maatuvista jäännöksistä. Näin muodostuu fossiilista polttoainetta.


Vaikka vesistöihin liukenee paljon hiilidioksidia vuosittain, niin sitä myös vapautuu sieltä vuosittain lähes yhtä paljon. Tämän vuoksi hiilen kiertoa esittävässä kuvasssa on nuoli myös vedestä takaisin ilmakehään.