Dwutlenek węgla jest ważny, ponieważ jest stosowany w procesie fotosyntezy, który jest niezbędny do przetrwania życia na Ziemi. Dwutlenek węgla jest również ważnym gazem cieplarnianym, który pomaga w zatrzymywaniu ciepła w atmosferze i odgrywa kluczową rolę w obiegu węgla Ziemi.
Rośliny i niektóre drobnoustroje wykorzystują biochemiczny proces zwany fotosyntezą do produkcji żywności poprzez wykorzystanie dwutlenku węgla. Organizmy te łączą dwutlenek węgla i wodę, tworząc węglowodany, jednocześnie emitując tlen. Wzrost liczby organizmów fotosyntetycznych, które w konsekwencji obniżyły poziom dwutlenku węgla, doprowadził do wzrostu poziomu tlenu i rozwoju organizmów oddychających tlenem.
Dwutlenek węgla przyczynia się do efektu cieplarnianego, zakłócając powrót energii z powierzchni ziemi do przestrzeni promieniowaniem podczerwonym. Gazy cieplarniane pochłaniają promieniowanie podczerwone. Bez dwutlenku węgla w atmosferze klimat Ziemi byłby znacznie chłodniejszy.
Dwutlenek węgla działa jak bufor klimatyczny, ponieważ informacje zwrotne w cyklu węglowym pomagają utrzymać globalne temperatury, więc klimat na Ziemi nie jest zbyt gorący lub zimny, by wspierać życie. Odgazowanie z wnętrza Ziemi w aktywnych wulkanach, łukach wulkanicznych i środkowych krawędziach oceanu jest głównym źródłem dwutlenku węgla. Część odgazowanego dwutlenku węgla pozostaje w atmosferze, ale niektóre są rozpuszczane w oceanach lub przechowywane jako biomasa w żywych lub rozkładających się organizmach.
