森林生态系统是陆地中重要的碳汇和碳源，在这个系统中，森林的生物量、植物碎屑和森林土壤固定了碳素而成为碳汇，森林以及森林中微生物、动物、土壤等的呼吸、分解则释放碳素到大气中成为碳源。如果森林固定的碳大于释放的碳就成为碳汇，反之成为碳源。在全球碳循环的过程中，森林是一个大的碳汇，但随着森林破坏、退化的加剧以及一些干扰因素（如火灾）的影响，森林生态系统就可能成为碳源，这将更加剧全球的温室效应，导致生态的进一步恶化。通过国内外的一些研究表明，温带和北部寒带森林是碳汇，如北方森林每年净吸收碳量为0.4～0.6Pg碳，俄罗斯森林每年固碳0.36～0.45Pg碳。在温带，森林每年净吸收碳量为0.17～0.35Pg碳，美国东南部的森林生态系统每年固碳0.07Gt碳。而热带森林地区由于过度砍伐森林以及土地利用方式的改变已成为碳源，在1980年向大气净释放了1.0×105～2.6×105g碳。 

在森林生态系统中，植物首先通过光合作用吸收二氧化碳生成有机质贮藏在体内（Gp），这是森林吸收碳素的过程。而后，通过植物自身的吸收作用要释放出一部分碳素（Ra）。另外，植物还会以枯枝落叶、根屑等形式把碳贮藏在土壤中，而土壤中的碳有一部分会被微生物和其他的异养生物通过分解和呼吸释放到大气中（Rh）。森林生态系统和大气之间的碳通量是森林生长过程中固定的碳和干扰过程中释放碳之间的差值。森林生态系统的净生产量（NEP）可用下面的公式表示：NEP=Gp-Ra-Rh，如果在自然生长状态下，按上面这个公式计算，一般森林生态系统的NEP为正，是个碳汇。然而，由于人类活动的干扰和破坏，尤其是对热带森林的乱伐或把其变成为用地等行为就会使森林生态系统的NEP为负，从而成为碳源，这应该引起人类的关注，采取有效措施防止森林变成碳源，从而缓和和扭转全球气温变暖的趋势。我国森林生态系统在陆气系统碳循环中表现为碳汇，其NEP值为0.48Pg碳。

从人类认识到温室气体尤其是二氧化碳浓度的升高会使全球气温变暖，从而带来一系列严重生态问题时，就展开了对碳素循环的研究。而森林生态系统作为吸收二氧化碳释放氧气的一个大碳汇，在碳循环中起着非常重要的作用。全球森林面积为41.61亿公顷，其中热带、温带、寒带分别占32.9%、24.9%和42.1%。全球陆地生态系统地上部的碳为562Gt，森林生态系统地上部的含碳量为483Gt，占了86%。全球陆地生态系统地下部含碳量为1 272Gt，而森林地下部含碳约927Gt，占整个世界土壤含碳量的73%。森林生态系统在碳循环中的作用主要取决于以下几个方面： 

生物量。森林生态系统的生物量贮存着大量的碳素，如按植物生物量的含碳量为45%～50%计，那么整个森林生态系统的生物量将近一半是碳素含量。森林的生物量与其成长阶段的关系最为密切，一般森林据其年龄可分为幼龄林、中龄林、近熟林、成熟林/过熟林，其中碳的累积速度在中龄林生态系统中最大，而成熟林/过熟林，其中碳的累积速度在中龄林生态系统中最大，而成熟林/过熟林由于其生物量基本停止增长，其碳素的吸收与释放基本平衡。从森林的年龄结构来估算吸收碳素的潜力是决定森林生态系统碳汇功能的一个主要方面。

林产品。森林生态系统林产品的固碳量是个变化很大的因子。一般林产品根据其使用寿命可分为短期产品和长期产品。像燃料用木、纸浆用木等属于短期产品，而胶合板、用木则属于长期产品。林产品使用寿命的长短在很大程度上也决定着森林生态系统的碳汇功能。

植物枯枝落叶和根系碎屑。这一部分含碳量在整个森林生态系统中占的比例虽少，但也是一个不容忽略的碳库，减缓它的沉淀和分解对于森林生态系统的固碳量也起到一定的作用。 

森林土壤。这是森林生态系统中最大的碳库。不同的森林其土壤含碳量具有很大的差别，在北部森林中森林土壤占有84%总碳量；温带森林土壤中的碳占到其总碳量的62.9%；在热带森林中，土壤中的含碳量占整个热带森林生态系统碳贮量的一半。全球森林土壤的含碳量为660～927Gt，是森林生态系统地上部的2～3倍。国内外很多学者都认识到森林土壤碳库的重要作用，纷纷对其展开研究。目前，研究土壤碳库及其碳循环和全球变化已成为土壤学的一个新的发展方向。