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Ce stock dépend essentiellement du type de sol et de son occupation : stocks les plus faibles dans les vignobles (34 t/ha) et notamment en Occitanie et cultures très intensives, moyens dans les grandes plaines cultivées (environ 60 t/ha), élevés (entre 80 et 90 t/ha) sous les prairies, forêts et pelouses ou pâturages naturels. Cependant les sols de montagne (Alpes, Ardennes, Jura, Massif central, Pyrénées, Vosges) renferment les stocks de carbone les plus importants (plus de 130 t/ha), en raison des conditions climatiques défavorables à l’activité des microorganismes. En effet, le carbone organique du sol résulte principalement de la transformation des débris végétaux en matières organiques et en éléments nutritifs (azote, phosphore, potassium). Composées de 58 % de carbone organique en moyenne, les matières organiques se lient à la matière minérale du sol dans leurs formes les plus évoluées. Cette propriété leur permet alors de remplir un rôle tampon vis-à-vis de l’eau, de l’air, du sous-sol, de la flore et de la faune : piégeage des contaminants, régulation des gaz à effet de serre et amélioration de la fertilité, de la stabilité, de la réserve en eau et de la biodiversité du sol.

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Malgré une minéralisation du carbone plus rapide en milieu tropical, les stocks s’avèrent élevés dans les sols d’outre-mer, en raison du climat particulièrement favorable à une abondante productivité végétale. En Martinique, ces stocks de carbone organique sont évalués à 6,3 Mt dans les 30 premiers cm du sol, soit 62 t C/ha. Les sols issus de matériaux volcaniques au nord de l’île expliquent les stocks élevés, tandis qu’ils sont moyens sous les bananeraies et faibles sous les cultures de canne à sucre ou les cultures maraîchères très intensives.

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Entre les périodes 2000-2004 et 2005-2009, la teneur en carbone organique des sols diminue dans 4 % des cantons de France métropolitaine, notamment dans le sud de la Normandie ou de la Bretagne, en Pays de la Loire et en Auvergne-Rhône-Alpes. A contrario, la teneur en carbone organique des sols progresse dans 8,5 % des cantons. Les raisons sont sans doute multiples : évolution globale des écosystèmes, modification des pratiques agricoles favorables au stockage de carbone dans les sols (apports de déchets organiques urbains, techniques culturales simplifiées, etc.).

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Certains changements d’usage ou de pratiques agricoles favorisent le stockage de carbone dans les sols, comme la conversion des cultures en prairies ou en forêts. Au contraire, la mise en culture des prairies ou des forêts entraîne une diminution du stock de carbone. Le sol joue le rôle de puits ou d’émetteur de carbone, principalement sous forme de dioxyde de carbone (CO2). Le protocole de Kyoto, qui vise à réduire les émissions de CO2, inclut la possibilité de comptabiliser le carbone stocké dans les sols comme une émission négative.