海洋生態系統中由有機物生產、消費、傳遞、沉降和分解等一系列生物地球化學過程構成的碳從表層向深層的轉移。

海洋生物泵是以一系列的生物作為介質，通過光合作用將大氣中的無機碳轉化為有機碳，之后在食物網內轉化、輸送及沉降從而將碳從海洋真光層轉移到深海底中的過程。 另外，某些海洋生物的細胞壁或外殼中的不溶解性碳酸鈣成分在被攝食消化后形成的殘留物會沉降、堆積到海底，形成碳酸鹽泵。 大氣CO2在海水中的溶解吸收是通過海洋浮游植物的光合作用而進行的。海洋中的浮游動物吞食浮游植物，食肉類的浮游動物吃食草類浮游動物。這些過程所產生的植物和動物碎屑沉降在海洋中，某些沉降物將被細菌分解并作為營養物回到海水中，但也有一些（大約1%）到達深海或海床，在那里被沉積而不再進入碳循環。

海洋生態環境中，在海水處于垂直穩定狀態下，碳要實現從表層向深層的垂直轉移需完成兩個步驟：①從無機碳轉化為有機碳。②有機碳的沉降輸出。正是一系列的生物學過程完成了這兩個步驟：首先是生活在真光層內的大量的浮游植物進行光合作用吸收CO2將其轉化為顆粒態，即有生命的顆粒有機碳，大多為單細胞藻類，粒徑幾個到幾十微米。然后，通過食物鏈（網），逐級轉化為更大的顆粒（浮游動物、魚等）。未被利用的各級產品將死亡、沉降和分解。轉化過程中產生的糞便、蛻皮等也構成大顆粒沉降，即非生命顆粒有機碳的沉降。生活在不同水層中浮游動物的垂直移動也構成了有機物由表層向深層的接力傳遞。由于沉降速度低，小顆粒有機物如單細胞藻類在離開真光層不遠即被分解，只有大顆粒有機物才能抵御微生物的分解活動得以到達深層乃至沉積物中，進入長周期循環，還有一部分很難降解的有機物，它們可能長期埋藏在那里開始成為化石能源。光合作用產品中有相當一部分是以溶解有機碳的形式釋放到海水中，動植物的代謝活動也產生大量溶解有機碳。它們的一部分將無機化進入再循環，也有相當一部分被異養微生物利用再次轉化為顆粒態（微生物自身生物量），并通過微食物網再進入傳統食物網。

海洋生物泵的效率表征生物過程對大氣CO2的去除能力，影響生物泵效率的物理、化學過程很多，就生物生態過程來說，諸如生物量、初級生產力、群落結構、食物鏈與微食物環、呼吸過程等過程均會影響其對有機碳的輸出效率。總的來說，影響生物泵效率的因素主要有幾個：營養鹽的限制、鐵的作用、生物固氮作用即生態系統結構。 海洋生物泵是全球碳循環的重要組成部分，調節海洋上層有機碳顆粒向海洋下層的傳輸，對維持大氣CO2濃度具有重要作用。海洋生物泵的凈化效果是減少表層海水中的碳含量使得它可以從大氣中吸收更多的CO2以恢復表層平衡。一般來說，海洋初級生產力越高，大氣CO2濃度就越低。