Ao contrário da energia, a matéria é reciclada: os elementos circulam entre a porção viva (biótica) e a não viva (abiótica) do ecossistema, nos ciclos biogeoquímicos. Os decompositores são a peça-chave, devolvendo os nutrientes ao meio.
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Diferentemente do fluxo unidirecional de energia, que entra no ecossistema como luz solar e se dissipa gradualmente como calor, a matéria que compõe os seres vivos é constantemente reaproveitada, permanecendo disponível por tempo indeterminado no ambiente. Isso só é possível porque os ciclos biogeoquímicos operam em escala global, ligando reservatórios abióticos — como a atmosfera, os oceanos e as rochas — aos compartimentos bióticos.
Ciclo da água
Movido pela energia solar: evaporação, evapotranspiração dos seres vivos, condensação, precipitação, escoamento e infiltração. O desmatamento reduz a evapotranspiração e a infiltração — daí a Amazônia funcionar como "bomba d'água" e enviar os rios voadores ao Centro-Sul.
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O ciclo da água é um dos ciclos biogeoquímicos mais importantes, pois a água é solvente universal e compõe a maior parte dos seres vivos. Diferente do carbono e do nitrogênio, que possuem reservatórios na atmosfera e na litosfera, a água tem seu grande reservatório nos oceanos (cerca de 97%), sendo o restante doce, congelado ou subterrâneo. O ciclo funciona como um sistema fechado em quantidade total no planeta, mas com distribuição desigual: a energia solar evapora a água líquida, que sobe, resfria e condensa em nuvens, retornando como precipitação. A evapotranspiração soma a evaporação do solo e a transpiração das plantas, sendo fundamental no ciclo continental.
Ciclo do carbono
Entra na cadeia pela fotossíntese e retorna pela respiração, decomposição e combustão. Reservatórios: atmosfera, oceanos, biomassa e combustíveis fósseis. A queima de fósseis e o desmatamento liberam carbono estocado por milhões de anos — origem do aquecimento global.
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O ciclo do carbono é biogeoquímico, pois o elemento circula entre seres vivos, atmosfera, solos e oceanos, alternando entre formas inorgânicas, como o CO₂ atmosférico e os carbonatos dissolvidos, e orgânicas, como a glicose e a celulose. Na fotossíntese, produtores fixam CO₂ em compostos orgânicos; esses compostos passam pelos consumidores ao longo da cadeia alimentar e retornam ao ambiente pela respiração de todos os seres vivos, pela decomposição de matéria orgânica morta e, em escala geológica, pela formação de combustíveis fósseis. Os oceanos funcionam como o maior reservatório ativo, absorvendo CO₂ e regulando sua concentração atmosférica por meio de trocas gasosas e da ação de organismos marinhos como corais e foraminíferos, que incorporam carbono às conchas calcárias.
Ciclo do nitrogênio
O $\mathrm{N_2}$ atmosférico é abundante, mas inerte para a maioria dos seres. Etapas: fixação por bactérias (como as do gênero Rhizobium, em nódulos de leguminosas), nitrificação a nitrito e nitrato, assimilação pelas plantas, amonificação pelos decompositores e desnitrificação, que devolve $\mathrm{N_2}$ ao ar.
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O ciclo do nitrogênio é biogeoquímico e depende inteiramente de microrganismos para tornar o $\mathrm{N_2}$ disponível aos seres vivos, já que a maioria dos organismos não consegue quebrar a tripla ligação entre os átomos de nitrogênio. A etapa de fixação pode ser biológica, como nas bactérias Rhizobium em nódulos de leguminosas (soja, feijão, alfafa) e nas cianobactérias aquáticas, ou física, pelos raios, que formam óxidos de nitrogênio arrastados pela chuva ao solo. Após a fixação, bactérias nitrificantes como Nitrosomonas convertem amônia em nitrito e Nitrobacter transformam nitrito em nitrato, forma que as plantas absorvem com mais facilidade.
Quando os decompositores atuam sobre restos orgânicos e excretas, liberam amônio — a amonificação —, reiniciando o processo. Já a desnitrificação, feita por Pseudomonas em solos alagados e pobres em oxigênio, fecha o ciclo devolvendo $\mathrm{N_2}$ à atmosfera.