Біосфера виступає як величезна, надзвичайно складна екологічна система, що працює в стаціонарному режимі на основі тонкої регуляції всіх її складових частин і процесів.
Стабільність біосфери ґрунтується на високому розмаїтті живих організмів, окремі групи яких виконують різні функції в підтримці загального потоку речовини і розподілі енергії, на найтіснішому переплетенні і взаємозв'язку біогенних і абіогенним процесів, на узгодженості циклів окремих елементів і врівноважені ємності окремих резервуарів. У біосфері діють складні системи зворотних зв'язків і залежностей.
Стабільність біосфери обумовлена тим, що результати активності трьох груп організмів, що виконують різні функції в біотичному кругообігу, - продуцентів (аутотрофи), споживачів (гетеротрофи) і деструкторів (мінералізуюча органічні залишки) - взаємноврівноважуючого.
Важливе значення для підтримки стабільності біосфери поряд з біологічним кругообігом має круговорот води, джерелом енергії для якого служить сонячне випромінювання. У кругообігу води величезну роль грають живі організми, зокрема, транспірірующей рослини, на виробництво одиниці продукції яких потрібно в сотні разів більше транспіеріруемой вологи.
В межах обмежених територій круговорот води полягає в випаровуванні її з поверхні грунту, водойм, рослин, концентрування хмар і випадання опадів. В межах всієї планети цей кругообіг виражається в водообмене «океани - материки». Вода, що випаровується з поверх-ності океану, переноситься вітрами на материки, випадає над ними і з річковими і підземними стоками знову повертається в океан. Кругообіг води - головне джерело механічної роботи в біосфері, тоді як біологічний круговорот обумовлений в основному хімічними процесами, які супроводжуються перетвореннями хімічної енергії. Однак механічна робота, що здійснюються на Землі в ході кругообігу води - вивітрювання, розчинення і т.п. - проте, відбувається або за участю живих організмів або за рахунок продуктів їх життєдіяльності. Переміщення води здійснюють в біосфері процеси ерозії, транспорту, перерозподілу, осадження і накопичення механічних і хімічних опадів на суші і в океані.
Сонячна енергія викликає планетарні переміщення повітряних мас в результаті їх нерівномірного нагрівання. Виникають грандіозні процеси атмосферної циркуляції, які носять ритмічний характер. Всі ці планетарні процеси на Землі тісно переплетені, утворюючи загальний, глобальний кругообіг речовин, що перерозподіляє енергію, що надходить від сонця. Він здійснюється через систему малих кругообігів. До великим і малим кругообіг підключаються тектонічні про-процеси, обумовлені вулканічною діяльністю і рухом океанічних плит в земній корі. В результаті на Землі здійснюється великий геологічний кругообіг речовин.
Будь-який біологічний круговорот характеризується багаторазовим включенням атомів хімічних елементів в тіла живих організмів і виходом їх у навколишнє середовище, звідки вони знову захоплюються рослинами і втягуються в круговорот. Малий біологічний кругообіг характеризується ємністю - кількістю хімічних елементів, що знаходяться одночасно в складі живої речовини в даній екосистемі, і швидкістю - кількістю живої речовини, що утворюється і розкладається в одиницю часу.
Швидкість біологічних кругообігів на суші становить роки і десятки років, у водних екосистемах - кілька днів або тижнів.
Біологічний круговорот суші і гідросфери об'єднують кругообіг окремих ландшафтів за допомогою водного стоку і атмосферних переміщень. Особливо важлива роль циркуляції води і атмосфери в об'єднанні всіх материків і океанів в єдиний круговорот біосфери.
Великий геологічний кругообіг залучає осадові породи вглиб земної кори, надовго вимикаючи містяться в них елементи з системи біологічного кругообігу. В ході геологічної історії перетворені осадові породи, знову опинившись на поверхні Землі, поступово руйнуються діяльністю живих організмів, води і повітря і знову включаються в біосферний кругообіг.
Встановлено, що в останні 600 млн років характер основних кругообігів на Землі істотно не змінювався. Здійснювалися фундаментальні геохімічні процеси, характерні і для сучасної епохи: накопичення кисню, зв'язування азоту, осадження кальцію, утворення кременистих сланців, відкладення залізних, марганцевих руд і сульфідних мінералів, накопичення фосфору. Змінювалися лише швидкості цих процесів. У загальних рисах не змінювався і загальний потік атомів, що втягуються в живі організми. Фахівці вважають, що маса живої речовини залишалася приблизно постійною, починаючи з кам'яновугільного періоду, т. Е. Біосфера з тих пір підтримує себе в певному стабільному режимі круговоротов.
Стабільний стан біосфери зумовлений діяльністю самого живого речовини, що забезпечує певну ступінь фіксації сонячної енергії і рівень біогенної міграції атомів.
Однак необхідно враховувати, що стабільність біосфери, як будь-який інший системи, має певні межі.
Людське суспільство, використовуючи не тільки енергетичні ресурси біосфери, а й біосферні джерела енергії (наприклад, ядерної), прискорює геохімічні перетворення на планеті, втручається в хід біосферних процесів. Деякі процеси, викликані діяльністю людини, мають протилежну спрямованість по відношенню до природних процесів (розсіювання руд металів, вуглецю та інших біогенних елементів, гальмування мінералізації і гуміфікації, звільнення вуглецю і його окислювання, порушення глобальних процесів в атмосфері, що впливають на клімат, і т. д.).
Відповідно до цього однією з основних задач сучасної екології є вивчення регуляторних процесів в біосфері, створення наукового фундаменту її раціонального використання, підтримки її стабільності.