החמצן חיוני לתהליך הנשימה; ללא אספקה נאותה של חמצן לא ייתכן קיום של צמחים ושל בעלי-חיים.

החמצן מצוי באטמוספירה (מהווה כ- 21% מנפחה).

אל האטמוספירה חוזר החמצן בתהליך הפוטוסינתזה המתרחש הן בצמחייה הימית והן בצמחייה היבשתית. בתהליך הפוטוסינתזה משתמש הצמח בפחמן דו-חמצני ובמים ומשחרר חמצן, מכאן שמחזור החמצן בטבע קשור במחזור-הפחמן ובמחזור-המים וכל שינוי באחד מהם עלול להשפיע על השני.

מחזור החמצן ומחזור הפחמן מהווים גורמים מייצבים בקביעת ריכוז החמצן והפחמן הדו-חמצני באטמוספירה.