A diferencia del carbono, el agua y el nitrógeno, el fósforo no está presente en la atmósfera como un gas. En cambio, la mayor parte del fósforo en el ecosistema existe en forma de compuestos, como los iones de fosfato (PO43-), que se encuentran en el suelo, el agua, los sedimentos y las rocas. El fósforo es a menudo un nutriente limitante (es decir, escaso). En consecuencia, el fósforo se añade a la mayoría de los fertilizantes agrícolas, lo que puede causar problemas ambientales relacionados con la escorrentía en los ecosistemas acuáticos.
El fósforo está presente en muchas estructuras biológicas importantes, como el ADN, las membranas celulares, los huesos y los dientes. No está presente en la atmósfera en forma gaseosa, pero se encuentra en minerales, sedimentos, cenizas volcánicas y aerosoles. Como las rocas y los sedimentos se desgastan con el tiempo, liberan fosfato inorgánico, que gradualmente alcanza el suelo y las aguas superficiales. Las plantas absorben e incorporan estos fosfatos en moléculas orgánicas. Los animales obtienen e incorporan fosfatos mediante el consumo de plantas y otros animales. Cuando las plantas y los animales mueren o excretan residuos, los fosfatos orgánicos regresan al suelo y son descompuestos por bacterias —en un proceso llamado mineralización de fosfato— en formas inorgánicas que pueden ser utilizadas de nuevo por las plantas.
La escorrentía natural puede transportar fosfatos a ríos, lagos y al océano, donde pueden ser ingeridos por los organismos acuáticos. Cuando los organismos acuáticos mueren o excretan residuos, los compuestos que contienen fósforo pueden hundirse en el fondo del océano y eventualmente formar capas sedimentarias. Durante miles de años, la elevación geológica puede devolver rocas que contienen fósforo del océano a la tierra.
Al igual que el nitrógeno, el fósforo es a menudo un factor limitante en el crecimiento de las plantas en entornos naturales, lo que ha llevado a la práctica agrícola de añadir fósforo a los fertilizantes con el fin de aumentar el rendimiento de los cultivos. Sin embargo, la escorrentía agrícola de esta práctica puede estimular el rápido crecimiento de los productores acuáticos, causando una variedad de problemas ambientales.
