所謂碳封存（Carbon Sequestration），指的是以捕獲碳并安全存儲的方式來取代直接向大氣中排放CO2的技術。碳封存研究開始于1977年，但只是到了最近，才有迅速的發展。
這一設想包括：（1）將人類活動產生的碳排放物捕獲、收集并存儲到安全的碳庫中；（2）直接從大氣中分離出CO2并安全存儲。由此，人們將不再是通過CO2減排，而是通過碳封存的方法，同時結合提高能源生產和使用的效率以及增加低碳或非碳燃料的生產和利用等手段來達到減緩大氣CO2濃度增長的目標。
陸地生態系統對CO2的吸收是一種自然碳封存過程。陸地植物在其生長過程中，需要利用CO2合成有機物，它們能夠在一定的濃度范圍內吸收CO2，從而節省了將其分離、提純等技術的花費。因此以森林再造、限制森林砍伐等方式來實現的碳封存被認為是最具經濟效益的方式。而保護和優化陸地生態系統則有利于碳封存的維持和擴增。
針對定點源的人類排放，如油井、化學工廠、火力發電廠等，碳封存技術的開發著重點是捕獲和分離CO2，然后將其注入到海洋或是深地質結構層中。由于某種需要，工業生產中也伴隨有一些碳封存過程。例如在石油開采時，CO2常會跟天然氣一起由地底下噴射出來，通常CO2在從油井沖出來后便釋放到空氣中。但是，在同時開采石油及天然氣的過程中，CO2常會被重新注入到油井內，以便能保持所需壓力而抽取更多的石油，而這項所用的花費可以由所增加的石油產量來補償。在美國，每年能因此封存3200萬噸CO2。而位于距挪威海岸240km的北海中部的Sleipner海上鉆井平臺從1996年起就將油井生產中的CO2收集并注入到1000m以下的富含鹽水的砂巖層。這個海上鉆井平臺之所以這樣做，是因為從1996年以來挪威對工業排放CO2征收50美元/ 噸的排放稅，而將CO2注回到巖石層中與之相比則要便宜得多。在存儲方面，則采用了以下一些方法，如向尚未開采的煤層中注入CO2，從而回收甲烷；將CO2制成干冰，投擲到海洋中；利用固定的管道或是輪船拖曳管道將CO2泵入深海等。
通過對海洋的增肥也是利用生態系統來達到碳封存目標的方法。這方法思路是，向海洋投放微量營養素（如鐵）和常量營養素（如氮和磷），由此加速海“生物泵”過程，增加海洋對大氣CO2的吸收和存儲。這主要是通過增長浮游植物的光合作用增加其產量，然后借助生物鏈擴增CO2向有機碳的轉化，再通過有機碳的重力沉降、礦化等機理來實現碳封存。大范圍的海洋增肥能夠增加漁業產量，從而帶來商機，這也引起了一些商業團體的關注。
