二氧化碳利用與封存技術是碳捕集、利用和封存的主要挑戰之一，一般可分為兩類：地質封存和海洋封存。

地質封存 一般是將超臨界狀態（氣態及液態的混合體）的二氧化碳注入地質結構中，這些地質結構可以是油田、氣田、咸水層、無法開采的煤礦等。若要封存大量的二氧化碳，最適合的地點是咸水層。咸水層一般在地下深處，富含不適合農業或飲用的咸水，這類地質結構較為常見，同時擁有巨大的封存潛力。把二氧化碳注入油田或氣田用以驅油或驅氣可以提高采收率；注入無法開采的煤礦可以把煤層中的煤層氣驅出來，提高煤層氣采收率。

海洋封存 可通過船舶注入或管道注入，將二氧化碳注入大海，部分溶解在海水中并參與海洋碳循環。或利用二氧化碳密度比水大的原理，將二氧化碳注入到深海（通常是3000米深度），形成液態二氧化碳，從而阻斷二氧化碳進入大氣層的過程。