Archaea mendaur ulang unsur-unsur seperti karbon, nitrogen, dan belerang melalui berbagai habitatnya. Meskipun kegiatan ini sangat penting untuk fungsi ekosistem normal, archaea juga dapat berkontribusi pada perubahan buatan manusia, dan bahkan menyebabkan polusi. Archaea melakukan banyak langkah dalam siklus nitrogen. Ini termasuk reaksi yang menghilangkan nitrogen dari ekosistem (seperti respirasi berbasis nitrat dan denitrifikasi) serta proses yang memperkenalkan nitrogen (seperti asimilasi nitrat dan fiksasi nitrogen).

Para peneliti baru-baru ini menemukan keterlibatan archaea dalam reaksi oksidasi amonia. Reaksi-reaksi ini sangat penting di lautan.  Archaea juga nampak penting untuk oksidasi amonia dalam tanah. Mereka menghasilkan nitrit, yang kemudian dioksidasi oleh mikroba lain menjadi nitrat. Tumbuhan dan organisme lain mengonsumsi yang terakhir.

Dalam siklus belerang, archaea yang tumbuh dengan mengoksidasi senyawa sulfur melepaskan elemen ini dari batuan, membuatnya tersedia untuk organisme lain, tetapi archaea yang melakukan ini, seperti Sulfolobus, menghasilkan asam sulfat sebagai produk limbah, dan pertumbuhan organisme ini di tambang yang terbengkalai dapat berkontribusi terhadap drainase tambang asam dan kerusakan lingkungan lainnya.

Dalam siklus karbon, methanogen archaea menghilangkan hidrogen dan memainkan peran penting dalam pembusukan bahan organik oleh populasi mikroorganisme yang bertindak sebagai pengurai dalam ekosistem anaerob, seperti sedimen, rawa-rawa, dan pekerjaan pengolahan limbah.