A grandes rasgos, el ciclo del carbono tiene una parte puramente físico-química por la que el CO₂ sería liberado a la atmósfera a través del vulcanismo y retornaría a la litosfera en forma de CaCO₃, acumulado en sedimentos procedentes de la erosión de las rocas superficiales. Los sedimentos acumulados retornarían al manto a través de procesos de subducción geológica. El punto clave es la meteorización de las rocas de la corteza continental, que son básicamente silicatos cálcicos que durante los procesos erosivos reaccionan con el CO₂ atmosférico para producir CaCO₃. Conectado a este ciclo litosférico, se desarrollaría el ciclo biológico por el que los organismos fotosintéticos captarían CO₂ y liberarían O₂. Si los heterótrofos fueran absolutamente eficientes, todo el CO₂ fijado tornaría a la atmósfera por descomposición de la materia orgánica, pero como no lo son, parte del carbono orgánico también se acumula en los sedimentos y termina por ser subducido. Además, la actividad de los organismos favorece la meteorización porque la respiración de materia orgánica en el suelo libera CO₂ que, mezclado con agua, produce ácido carbónico que puede a su vez atacar la roca madre y liberar una mayor cantidad de CaCO₃.

Bajo una perspectiva gaiana, cuando se incrementa el CO₂ atmosférico aumenta la temperatura. Al aumentar la temperatura se acelera la meteorización, porque aumentan tanto la velocidad de las reacciones como la actividad de los productores primarios. Al aumentar la meteorización se capta más CO₂ de la atmósfera y, por lo tanto, disminuye su concentración, lo que a su vez provoca un descenso de las temperaturas. El caso contrario es análogo: menos CO₂ supone menor temperatura, menor meteorización, mayor acumulación de CO₂ y en consecuencia incremento de temperatura.

Según esta visión, cualquier incremento o disminución en la concentración de CO₂ provocaría unas condiciones que compensarían rápidamente las desviaciones. Sin embargo, hay varios aspectos del ciclo que pueden cambiar a largo término y que no siempre están bajo el control de los seres vivos, éstos son los siguientes:

1. La tasa de subducción y de producción de la corteza terrestre. Si el ciclo litosférico funciona más rápido, los sedimentos oceánicos se reciclan más rápido y ello da lugar a una mayor liberación de CO₂ a la atmósfera a través del vulcanismo. Esta tasa parece controlada únicamente por aspectos dinámicos del manto terrestre y es independiente de la biosfera.

2. El grado de meteorización debido a cambios topográficos. Cuando se produce orogénesis (formación de montañas) aumenta la pendiente de las tierras emergidas provocando una mayor capacidad erosiva del agua que circula por ellas. En esas circunstancias, la meteorización puramente física retira más CO₂ de la atmósfera y hay mayor producción de sedimentos. Algunos autores creen que la formación de los Himalayas provocó un incremento de la meteorización que retiró suficiente CO₂ de la atmósfera como para provocar la entrada en las glaciaciones pleistocenas.

3. El grado de meteorización por cambios en la vegetación. La vegetación favorece la meteorización. A lo largo de la evolución de los vegetales, éstos han aumentado la capacidad de penetración de sus raíces y, por lo tanto, su capacidad de favorecer la meteorización. Tras la aparición de los vegetales terrestres se considera que descendió la cantidad de CO₂ en la atmósfera debido a este tipo de procesos.

4. El grado de herbivorismo. A mayor cantidad de herbívoros, menos carbono orgánico se acumula en los sedimentos y más puede retornar a la atmósfera. Los herbívoros también reducen indirectamente el grado de meteorización, al limitar el crecimiento de las plantas. El desfase entre la formación de grandes bosques en el carbonífero y la aparición de grandes herbívoros en el pérmico supuso la acumulación en los sedimentos de gran cantidad de materia orgánica y el descenso en la concentración de CO₂ atmosférico. Se cree que ése fue el factor desencadenante que pudo provocar las glaciaciones del pérmico tardío. Además, los herbívoros también emiten gases invernadero (el metano), directamente a la atmósfera.

5. La cantidad de radiación solar que llega a la Tierra. A partir de los patrones observados en otras estrellas, se ha inferido que la radiación puede haberse incrementado hasta un 30% durante los 3,5 millones de años que lleva la vida sobre nuestro planeta.