Les effets du CO₂ au niveau des espèces et des écosystèmes sont globalement assez peu étudiés. De plus, on remarque une très grande variabilité des réponses à l’exposition au CO₂ en fonction des espèces et de leur milieu de vie.

Néanmoins, quelques considérations d’ordre général ont été établies :

• Pour les animaux de surface, les seuils déterminés pour l’Homme pourraient être des approximations appropriées. Les animaux de surface pourraient aussi subir des effets secondaires si les végétaux sont impactés.
• Les insectes auraient en général une résistance au CO₂ bien supérieure par rapport aux autres animaux : ils peuvent résister aux effets létaux du CO₂ jusqu’à des concentrations de 30 à 100 %.
• Les animaux vivant dans le sol pourraient commencer à subir des effets physiologiques négatifs à partir de 2 % et des concentrations de 15 % pourraient être létales pour certains d’entre eux.
• Chez les micro-organismes les tolérances au CO₂ sont extrêmement variées. Certains microbes sont tués par des concentrations de 10 %. D’autres (notamment des archées) peuvent être stimulés par une augmentation de la concentration en CO₂. Sur les sites où du CO₂ d’origine géologique est émis naturellement, l’activité et le nombre total de micro-organismes dans le sol sont modifiés.
• Les végétaux seraient, en général, bien plus tolérants que les animaux à des expositions extrêmement fortes en CO₂ sur de courtes durées. Le seuil de toxicité pour les plantes semble se trouver autour de 20 ou 30 % de CO₂ dans les sols en fonction de l’espèce. Une augmentation faible de concentration en CO₂ dans l’air peut stimuler la photosynthèse et la croissance des plantes pourvu que les autres ressources nécessaires à la plante ne soient pas limitantes. Sur les sites où du CO₂ d’origine géologique ou artificielle est émis du sol, les impacts peuvent se manifester par quelques changements subtils dans la composition des peuplements végétaux sur les zones les moins exposées et peuvent aller jusqu’à la disparition totale des plantes au cœur des zones d’émission de CO₂.

Les limites acceptables pour un écosystème pourraient dépendre des différentes formes de vie présentes et donc des conditions locales propres à chaque site. Actuellement, il n’existe pas de méthode pour déterminer des espèces indicatrices et des seuils appropriés pour chaque écosystème.