Największe zmiany w cyklu rocznym są na półkuli północnej, im dalej na południe tym zmiany w ciągu roku są coraz mniejsze i mogą osiągać maksimum w innych miesiącach.
W przyziemnej atmosferze obserwuje się zwiększone stężenie na obszarach przemysłowych, wynikające z lokalnych źródeł emisji , a w obszarach z dominacją roślinności, wahania dobowe wynikające z zależności fotosyntezy od światła.
Lokalne stężenie w powietrzu może być zwiększone przez gazy wulkaniczne lub erupcję limniczną.
Globalny budżet , obieg węgla mały|375x375px|Historyczne stężenie oraz antropogeniczne emisje dwutlenku węgla Atmosferyczny dwutlenek węgla odgrywa ważną rolę w obiegu węgla na Ziemi, w którym dwutlenek węgla jest usuwany z atmosfery za pomocą naturalnych procesów, takich jak fotosynteza, rozpuszczanie w wodzie czy osadzanie się węglanów, oraz dodawany do atmosfery naturalnych procesów, takich jak oddychanie i uwalnianie dwutlenku węgla z osadów węglanowych, oraz działalności człowieka, takich jak spalanie paliw kopalnych i zmiany w użytkowaniu ziemi. Wyróżnia się: szybki cykl węglowy i wolny cykl węglowy. Szybki cykl węglowy odnosi się do przemieszczania się węgla między środowiskiem a żywymi organizmami w biosferze, podczas gdy wolny cykl węglowy obejmuje ruch węgla między atmosferą, oceanami, glebą, skałami i wulkanizmem.