تساهم أيونات الكالسيوم (Ca2+) في الفيسيولوجيا والكيمياء الحيوية الخاصة بالكائنات والخلية، وتلعب دورا مهما في مسارات توصيل الإشارة، أين تتصرف كرسول ثانٍ، في تحرير النواقل العصبية من العصبونات، في انقباض جميع أنواع الخلايا العضلية، وفي التخصيب. تحتاج العديد من الإنزيمات لأيونات الكالسيوم كعامل مرافق، بما في ذلك العديد من عوامل تجلط الدم. الكالسيوم خارج الخلوي مهم كذلك في الحفاظ على فرق الجهد على طول الأغشية الخلوية المستثارة، وكذلك للتكوين الصحيح للعظام.
مستويات الكالسيوم في البلازما لدى الثدييات منظمة بإحكام، مع كون العظام موقعا كبيرا لتخزين المعدن. تُحرر أيونات الكالسيوم Ca2+ من العظام إلى مجرى الدم تحت ظروف متحكم فيها. يُنقل الكالسيوم عبر مجرى الدم كأيونات مذابة أو مرتبطة ببروتيناتٍ مثل ألبيومين المصل. يُنظِّم الهرمون الدريقي الذي تفرزه غدة جارة الدرقية تشرب الـCa2+ من العظام، إعادة الامتصاص في الكلى إلى مجرى الدم، ويزيد من تنشيط فيتامين دي3 إلى كالسيتريول. يعزز الكالسيتريول -وهو الهيئة النشطة من فيتامين دي3- امتصاص الكالسيوم من الأمعاء والعظام. يؤثر الكالسيتونين المفرز بواسطة الخلايا المجاورة للجريب الخاصة بالغدة الدرقية على مستويات الكالسيوم عبر معاكسة عمل الهرمون الدُريقِي، رغم أن أهميته الفيسيولوجية لدى البشر مشكوك فيها.
يُخزَّن الكالسيوم داخل الخلوي في العضيات مع تحرير متكرر ثم يُعاد تجميع الـCa2+ استجابة لأحداث خلوية محددة، من مواقع تخزين الكالسيوم: الميتوكندريات والشبكة الإندوبلازمية.
التراكيز الخاصة للكالسيوم في الكائنات النموذجية هي: الإشريكية القولونية 3 ميلي مول (مرتبط)، 100 نانو مول (حر). في الخميرة المتبرعمة 2 ميلي مول (مرتبط). في خلية ثديية 10-100 نانو مول (حر) وفي بلازما الدم 2 ميلي مول.