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。
设想
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。
需求原因
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240 km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。
方法思路
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。
另外，还可利用化学和生物技术对CO2进行回收和再利用。例如，利用CO2来生产碳酸镁或是CO2包合物（CO2 clathrate）的前景很被看好。若是将1990年全球排放的CO2制作成碳酸镁，它可包含于空间尺度为10km×10km×150m的固态物中，这样是有利于储存或是再利用的。同样的情形也适用于CO2包合物。而在生物技术上，主要是利用非光合作用微生物过程将CO2转化成有用的原料，如甲烷和醋酸盐。这一技术像陆地生态系统的情况一样，不需要提纯CO2，从而可节省分离、捕获、压缩CO2气体的成本。
优点
碳封存技术看起来有着光明的前景，它不仅对发起者美国有利，而且也对各主要化石燃料消费国，特别是对煤炭消费国有利。同时它还具有平息有关减排分摊争吵的潜在能力。美国能源部的相关计划的目标是将碳封存的所需费用从目前的100～300美元/吨减少到2015年的10美元/吨以下。据称，这种碳封存方法将成为解决气候变化问题的最佳选择之一。
缺点
但是要实现与现阶段的CO2排放量相当的碳封存，势必将改变全球碳循环的格局，这不仅仅是需要低廉的技术手段，而且还需要进行正确、严谨的科学研究和评估。往深地质结构层中注入CO2并封存，能否确保它们能够在长时期内稳定存储，且不会因为地壳活动而喷发以至导致灾难？而对海洋的增肥以及向深海注入CO2，更需要有模式模拟和研究以提供相关的技术参数作为科学支持；同时，向深层海洋注入CO2或是通过海洋增肥的方式引发更多的碳沉降也就会增加海洋中碳由上至下的传输，这势必引起海洋碳循环的变动。利用海洋环流模式、碳循环模式等并结合生物化学过程可模拟碳沉降、液态CO2浓度在洋底的分布、随洋流的扩散等特征，进而分析海洋生态的反馈，分析整个气候系统的反馈等。另外，气候评估模式也能够评价海洋增肥的生态效应。必要的科学实验结合相应的模式模拟和评估，也有利于碳阱(Carbon Trap)的选择以及确保正面的环境影响。
二氧化碳埋存能力
从全球主要类型的二氧化碳埋存能力来看，地质埋存要比森林和土地捕获二氧化碳的潜力大，而且后者需要紧缺资源的支撑。2007 年APEC 峰会发表的《亚太经合组织领导人关于气候变化、能源安全和清洁发展》的宣言强调了可持续的森林管理和土地利用的重要性，并制定了到2020 年在亚太地区各种森林面积至少增加2000 万公顷的意向性目标。然而，我国为确保守住十一五期间18 亿亩耕地的“红线”，国务院最近刚刚发布了关于完善退耕还林政策的通知，暂停了1600 万亩的退耕还林计划（《新京报》，2007年9月11日），这更加剧了扩大林地面积的难度。一些发达国家为实现东京议定书的承诺目标，已经考虑将二氧化碳的地质埋存作为减少二氧化碳排放的主要手段之一，并就此开展了一系列的调查、试验和试点研究工作，取得了不少成功的经验。因此，借鉴国际经验，在我国大力倡导二氧化碳的地质埋存更具有重要性和紧迫性。