Другим за вмістом у атмосфері після азоту є кисень, що становить 20,95% її за обсягом. Набагато більшу його кількість знаходиться у зв'язаному стані в молекулах води, в солях, а також в оксидах та інших твердих породах земної кори, проте до цього величезного фонду кисню екосистема не має безпосереднього доступу. Час перенесення кисню в атмосфері складає близько 2500 років, якщо знехтувати обміном кисню між атмосферою та поверхневими водами.
Механізм кругообігу повітря достатньо простий. Вважають, що молекула кисню (О2), що утворюється при фотосинтезі, отримує один свій атом від діоксиду вуглецю, а інший - від води; молекула кисню, споживана при диханні, віддає один свій атом діоксиду вуглецю, а інший - воді. Таким чином, кругообіг кисню зав'язаний на процеси фотосинтезу і дихання, з якими цікаво буде познайомитися.