所谓碳封存（Carbon Sequestration），指的是以捕获碳并安全存储的方式来取代直接向大气中排放CO2的技术。碳封存研究开始于1977年，但只是到了最近，才有迅速的发展。
这一设想包括：（1）将人类活动产生的碳排放物捕获、收集并存储到安全的碳库中；（2）直接从大气中分离出CO2并安全存储。由此，人们将不再是通过CO2减排，而是通过碳封存的方法，同时结合提高能源生产和使用的效率以及增加低碳或非碳燃料的生产和利用等手段来达到减缓大气CO2浓度增长的目标。
陆地生态系统对CO2的吸收是一种自然碳封存过程。陆地植物在其生长过程中，需要利用CO2合成有机物，它们能够在一定的浓度范围内吸收CO2，从而节省了将其分离、提纯等技术的花费。因此以森林再造、限制森林砍伐等方式来实现的碳封存被认为是最具经济效益的方式。而保护和优化陆地生态系统则有利于碳封存的维持和扩增。
针对定点源的人类排放，如油井、化学工厂、火力发电厂等，碳封存技术的开发着重点是捕获和分离CO2，然后将其注入到海洋或是深地质结构层中。由于某种需要，工业生产中也伴随有一些碳封存过程。例如在石油开采时，CO2常会跟天然气一起由地底下喷射出来，通常CO2在从油井冲出来后便释放到空气中。但是，在同时开采石油及天然气的过程中，CO2常会被重新注入到油井内，以便能保持所需压力而抽取更多的石油，而这项所用的花费可以由所增加的石油产量来补偿。在美国，每年能因此封存3200万吨CO2。而位于距挪威海岸240km的北海中部的Sleipner海上钻井平台从1996年起就将油井生产中的CO2收集并注入到1000m以下的富含盐水的砂岩层。这个海上钻井平台之所以这样做，是因为从1996年以来挪威对工业排放CO2征收50美元/ 吨的排放税，而将CO2注回到岩石层中与之相比则要便宜得多。在存储方面，则采用了以下一些方法，如向尚未开采的煤层中注入CO2，从而回收甲烷；将CO2制成干冰，投掷到海洋中；利用固定的管道或是轮船拖曳管道将CO2泵入深海等。
通过对海洋的增肥也是利用生态系统来达到碳封存目标的方法。这方法思路是，向海洋投放微量营养素（如铁）和常量营养素（如氮和磷），由此加速海“生物泵”过程，增加海洋对大气CO2的吸收和存储。这主要是通过增长浮游植物的光合作用增加其产量，然后借助生物链扩增CO2向有机碳的转化，再通过有机碳的重力沉降、矿化等机理来实现碳封存。大范围的海洋增肥能够增加渔业产量，从而带来商机，这也引起了一些商业团体的关注。
