Các đầm lầy có tính chất hóa học bất thường, ảnh hưởng tới khu sinh vât và dòng nước thoát ra của chúng. Than bùn có dung lượng trao đổi cation rất cao do hàm lượng vật chất hữu cơ cao của nó: các cation như Ca²⁺ ưu ái hấp phụ vào than bùn để trao đổi với các ion H+. Nước chảy qua than bùn bị giảm bớt chất dinh dưỡng và pH. Vì thế đầm lầy nói chung là nghèo dinh dưỡng và nước có tính chua (axit), trừ khi dòng nước ngầm chảy vào (mang theo các cation kim loại bổ sung) là lớn.[8]

Đầm lầy nói chung hình thành khi cacbon đưa vào vượt trội so với cacbon thoát ra. Điều này xảy ra là do tình trạng thiếu oxy của than bùn ngập đọng nước, và quá trình quang hợp mà nhờ đó than bùn phát triển.[14] Do điều này, về tổng thể các đầm lầy là các kho lớn lưu giữ cacbon, chứa khoảng 500 - 700 tỷ tấn cacbon, mặc dù chỉ chiếm khoảng 3% diện tích đất đai bề mặt Trái Đất. Cacbon được lưu giữ trong các đầm lầy tương đương với trên 50% lượng cacbon tìm thấy trong khí quyển.[7] Các đầm lầy tương tác với khí quyển chủ yếu thông qua trao đổi cacbon dioxit, methan và dinitơ monoxit.[1] Sự cô lập cacbon dioxit diễn ra tại bề mặt thông qua quá trình quang hợp, trong khi sự đánh mất cacbon dioxit diễn ra thông qua các mô than bùn sống do hô hấp.[6] Trong trạng thái tự nhiên, các đầm lầy là nhận chìm cacbon dioxit khí quển thông qua quang hợp của thảm thực vật than bùn vượt trội so với giải phóng khí nhà kính này của chúng. Ngoài ra, phần lớn các đầm lầy nói chung là phát thải ròng khí methan và dinitơ monoxit.[15]

Vị trí mức nước ngầm của đầm lầy ảnh hưởng tới sự giải phóng cacbon vào khí quyển của nó. Khi mức nước ngầm dâng cao, chẳng hạn sau một trận mưa rào, than bùn và các vi sinh vật của nó bị nhận chìm trong nước và tiếp cận với oxy bị ngăn cản, làm giảm hô hấp cũng như giải phóng cacbon dioxit. Giải phóng cacbon dioxit tăng lên khi mức nước ngầm hạ xuống, như trong mùa khô hạn, do điều này cung cấp thêm oxy cho các vi sinh vật hiếu khí để phân hủy than bùn.[16] Các mức nồng độ của methan cũng dao động theo vị trí của mức nước ngầm và ở một mức độ nhất định là theo nhiệt độ. Mức nước ngầm gần bề mặt than bùn tạo ra cơ hội cho các vi sinh vật kỵ khí phát triển thịnh vượng. Các sinh vật sinh methan chịu trách nhiệm sản xuất methan thông qua phân hủy than bùn sẽ tăng lên khi mức nước ngầm dâng cao và nồng độ oxy giảm xuống. Nhiệt độ gia tăng trong đất cũng góp phần vào sản sinh methan gia tăng theo mùa, mặc dù ở cường độ thấp hơn. Người ta phát hiện ra rằng methan có thể tăng tới 300% theo mùa dưới tác động của lượng giáng thủy tăng cao và nhiệt độ lòng đất tăng cao.[17]

Các đầm lầy cũng là các bể chứa quan trọng về thông tin khí hậu trong quá khứ, do chúng là nhạy cảm với các thay đổi của môi trường và có thể tiết lộ các mức đồng vị, chất ô nhiễm, vĩ hóa thạch, kim loại từ khí quyển và phấn hoa.[18] Chẳng hạn, định tuổi bằng cacbon-14 có thể tiết lộ tuổi của than bùn. Nạo vét và phá hủy đầm lầy sẽ giải phóng cacbon dioxit có thể tiết lộ thông tin không thể thay thế được về các điều kiện khí hậu trong quá khứ. Người ta biết rộng khắp rằng có vô số các vi sinh vật sinh sống trong đầm lầy do sự cung cấp nước đều đặn và sự dồi dào của thảm thực vật hình thành than bùn. Các vi sinh vật này bao gồm nhưng không chỉ hạn chế là sinh vật sinh methan, tảo, vi khuẩn, động vật sống đáy, trong đó các loài Sphagnum là phổ biến nhất.[19] Than bùn trong các đầm lầy chứa một lượng đáng kể vật chất hữu cơ, trong đó các axit humic là chi phối. Các vật liệu mùn có khả năng lưu giữ một lượng nước rất lớn, làm cho chúng trở thành thành phần thiết yếu trong môi trường than bùn, góp phần vào lượng cacbon lưu giữ gia tăng do điều kiện kỵ khí sinh ra. Nếu đất than bùn bị làm khô do gieo trồng và sử dụng nông nghiệp khác trong một thời gian dài, nó sẽ hạ thấp mức nước ngầm và làm tăng sự thông khí, dẫn tới sự giải phóng cacbon sau đó.[20] Trong điều kiện làm khô tột độ thì hệ sinh thái này có thể trải qua dịch chuyển trạng thái, chuyển đầm lầy thành đất cằn cỗi với sự đa dạng sinh học và độ màu mỡ thấp hơn. Sự hình thành của axit humic xuất hiện trong phân rã sinh địa hóa học của các mảnh vụn thực vật, phần sót lại của động vật và các đoạn đã phân rã.[21] Các tiếp nạp vật chất hữu cơ dưới dạng axit humic là nguồn của các tiền chất hình thành than. Sự tieps xúc quá sớm của vật chất hữu cơ trong than bùn với khí quyển sẽ làm tăng sự chuyển hóa các chất hữu cơ thành cacbon dioxit để giải phóng vào khí quyển.