Биологическая роль микроэлементов определяется их участием практически во всех видах обмена веществ организма; они являются кофакторами многих ферментов, витаминов, гормонов, участвуют в процессах кроветворения, роста, размножения, дифференцировки и стабилизации клеточных мембран, тканевом дыхании, иммунных реакциях и многих других процессах, обеспечивающих нормальную жизнедеятельность организма.

В организме человека обнаружено около 70 химических элементов (в т.ч. микроэлементов), из которых 43 считаются эссенциальными (незаменимыми). Кроме эссенциальных микроэлементов, являющихся незаменимыми факторами питания, дефицит которых приводит к различным патологическим состояниям, существуют токсичные микроэлементы, представляющие собой основные загрязнители окружающей среды и вызывающие у человека заболевания и интоксикации. При определенных условиях эссенциальные микроэлементы. могут проявлять токсическое действие, а некоторые токсические микроэлементы в определенной дозе обладают свойствами эссенциальных.

Потребность человека в микроэлементах колеблется в широких пределах и для большинства микроэлементов точно не установлена. Всасывание микроэлементов происходит главным образом в тонкой кишке, особенно активно — в двенадцатиперстной кишке.

Из организма микроэлементы выводятся с калом и мочой. Некоторая часть микроэлементов выделяется в составе секретов экзокринных желез, со слущенными клетками эпителия кожи и слизистых оболочек, с волосами и ногтями. Каждый микроэлемент характеризуется специфическими особенностями всасывания, транспорта, депонирования в органах и тканях и выделения из организма.

Элементарный состав каждого живого организма зависит от возраста, среды обитания, но в первую очередь, от родовидовой принадлежности организма. Элементы, находящиеся в среде обитания, по разному влияют на организмы. Те элементы, добавление которых увеличивает продукцию живого вещества, называются дефицитными; в разных условиях к ним относятся O, N, P, K, F, B, I, Cu и др. В большинстве случаев недостает подвижных форм элементов, в то время как их валовое содержание может быть достаточным.

Элементы, удаление которых из системы увеличивает продукцию живого вещества, называются избыточными. К ним могут относиться Cl, S, Na, Cu, Ni, Fe, F и др. Один и тот же элемент может быть избыточным в одной системе и дефицитным в другой.

Резкий дефицит или избыток элементов в среде приводит к заболеваниям животных, растений, а иногда и человека. Такие болезни А.П. Виноградов назвал биогеохимическими эндемиями, а районы их распространения – биогеохимическими провинциями.

На территории России известны биогеохимические провинции с дефицитом йода в почвах и кормах, дефицитом и напротив избытком F в питьевой воде и т.д. Учение о биогеохимических провинциях нашло применение в медицине и сельском хозяйстве; в процессе его развития было сформулировано понятие о геохимической экологии, задача которой состоит в изучении взаимодействия организмов и их сообществ с геохимической средой.

Кларки концентрации элементов в живом веществе называются биофильностью элементов. Наибольшей биофильностью обладает углерод (7800), менее биофильны азот (160) и водород (70). Содержание кислорода в 1,5 раза больше в живом веществе, чем в земной коре; хлора, серы, фосфора, магния, натрия – примерно одинаково. Наименее биофильны железо и алюминий.

Химический состав конкретного ландшафта может существенно отличаться от среднего химического состава живого вещества Земли. Средний химический состав живого вещества ландшафта является важным систематическим признаком последнего.

Элементы, добавление подвижных форм которых в ландшафт увеличивает ежегодную продукцию П, называются дефицитными (в разных ландшафтах O, N, P, Ca, Mg, Cu, F, Mn); элементы, удаление которых из ландшафта увеличивает П – избыточными (Cl, S, Na, Fe, Cu, F и др.).