地质过程可以包括岩浆作用、热液作用、风化作用、沉积作用-变质作用及深熔作用中的某种或多种作用。它亦是地球物质运动的一种表现形式，地球表面和地球内部不同元素在不同物理化学条件下（周期性、不可重复性）变化的化学过程。

在地球发展史中，不同地球化学旋回都有自己独特的特点，并且存在旋回中的某一阶段延长或者缩短甚至缺失的现象。而在这个过程中，化学元素可能集中在旋回的某一阶段的某种类型矿床中，或者在整个旋回中一直处于分散状态。因此研究地球化学旋回，对于了解元素的地球化学史具有重要的意义。

1950年，K.兰卡马和Th.G.萨哈马首先提出大旋回（或内生旋回）和小旋回（或外生旋回）两种地球化学旋回。大旋回主要指某物质在整个地质过程的整个循环，如某物质的迁移开始于岩浆结晶作用，后经火成岩的蚀变和风化作用，以及所产生物质的搬运与沉积作用，然后经过成岩作用和固结作用至变质作用，最后经过深熔及部分熔融作用，重新熔融生成岩浆。小旋回是指以上作用过程中的某一种或几种的迁移作用路径，如沉积岩或变质岩直接遭受风化、搬运而不通过内生作用，在表生作用中发生迁移。

1982年，B.梅森认为物质的地球化学旋回常常是一种理想的模式，现实中物质的地球化学旋回常是不完整的或不连续的，甚至它可能在某一个阶段无限期的停留，或者超越或者倒转。特别是无论在能量还是质量方面此旋回这个过程常不是封闭的。它会不断受到深部“原始”岩浆及所携带以热的形式表现的能量的影响。同时还受到如陨石和太阳辐射这些来自宇宙空间的物质和能量。地球形成以来，地球化学旋回迁移发生多次，但是其地球物质向异化方向发展，其结果就是作用的方式和性质是旋回的，但产物是随时代在演化前进的。

根据基本的作用过程地球化学循环又分为无机地球化学循环、有机地球化学循环和生物地球化学循环三种基础的地球化学循环过程。①无机地球化学循环。在没有生物参与时，以无机化学的形式发生的地球化学循环。如空气中的二氧化碳与氧化钙发生反应形成碳酸钙、碳酸氢钙，在遇到酸性溶液时，碳酸钙或碳酸氢钙与酸发生反应再次释放二氧化碳这一过程（没有生物和有机过程的参与）；金属Cu离子的运移-沉淀-溶解过程也可以是无机化学过程。②有机地球化学循环。在没有生物活动参与情况下，以有机化学的形式进行的地球化学循环。如海底可燃冰是天然气水合物，主要由水分子和烃类气体分子（主要为甲烷）组成，它是天然气分子（烃类）被包进水分子中，在海底低温与压力下结晶形成，一旦温度升高或压强降低，甲烷气会逃逸出来。③生物地球化学循环。在生物参与时发生的地球化学循环。指在地球表层生物圈中，生物有机体经由生命活动，从外界环境中汲取物质通过生物化学作用，其排泄物或者生物体本身死亡后返回环境中这一过程。生物地球化学循环不局限于一种生物体与外界环境的循环，还可以是多种级别的生物体的食物链传递及效应。如常见的与生命活动息息相关的碳循环、氮循环等。当然地质过程中见到的地球化学循环不仅仅局限于以上的某一种基本过程，它常是以上两种甚至多种过程混合的地球化学循环。

在地球发展演化过程中，单一的地球化学循环过程较少，自然界中几乎所有的地球化学循环过程都是多种过程混合的地球化学循环。①碳循环。植物通过光合作用将碳固定于碳水化合物中，食草动物、食肉动物实现了这些化合物在各级生物体内的氧化放能，其中动物或者人经过呼吸亦可释放二氧化碳；植物死亡后经历快速无氧深埋称煤炭或石油，通过后期燃烧也能产生CO₂。②硫循环。硫主要以硫酸盐溶液形式被植物吸收而后参与到生物体活动中；而金属矿床中的硫，可以通过无机化合物形式实现硫对金属的搬运-沉淀（如CuCl₂），也可以通过微生物实现沉积的硫向气态硫化氢、硫酸根离子（CuSO₄）的转变，从而达到搬运富集金属元素的目的；后期经历构造岩浆活动，同样可以实现含硫金属矿物的溶解过程。

地球化学循环是不可重复的，也不是完全可逆的，在此过程中，既有新物质的产生亦有旧物质的消亡（恐龙灭绝，煤炭、石油的日益枯竭），它是一个前进发展的过程。从最初的无机地球化学循环导致了地球物质的有机地球化学循环，从而有了后来的生命体诞生进化出人类，形成了生物地球化学循环。而人类的加入在其中占据了非常重要的作用，他们加速并扩大了地球化学循环的进程和规模，如酸雨现象、温室效应等。目前人类所认识的地球化学循环主要局限在表壳，随着认识的发展，人类对地球内部的地球化学循环包括地核、地幔等物质运动也开始进行研究，如地球深部碳-氧循环与大气氧化的关系。