CCS可分为三个关键步聚：捕捉－运输－封存。捕捉，指从工业生产或化石燃料燃烧所产生的气体中分离出二氧化碳；运输，即将分离出的二氧化碳进行压缩并运送到合适的地点进行存放；封存，一般是将二氧化碳注入在一定深度的地下岩层中使之与大气隔离。

二氧化碳捕捉技术早已有之，在气体处理和许多工业生气中，大规模的二氧化碳分离是常规程序，例如天然气的生产过程中就必须分离出二氧化碳。由于化石燃料燃烧产生的二氧化碳最多，应用于化石燃料发电站的CCS项目前景广阔。CCS还可应用于所有工业项目，在钢铁等行业的CCS试验项目已开始建设。捕捉技术可分为3种：燃烧后捕捉、燃烧前捕捉及富氧燃烧捕捉。分离二氧化碳的基本原理是使用特定溶剂或材料进行吸收吸附，或使用薄膜或低温进行分离等。

完成二氧化碳捕捉后，下一步是运送到储存地点。分离出的二氧化碳需要进行压缩以便于运输和储存，运输方式可通过管道或罐装两种。其中管道运输适用于运距合适、大批量的二氧化碳运送，经济性也较好。

CCS技术的最后阶段是封存二氧化碳，一般要求注入合适的地下岩层（距离地面至少800米）。封存地点主要有两类，其一是将二氧化碳被回注入油气田，以达到埋存二氧化碳和提高油气采收率的双重目的[7]，目前已发展出CO2 EOR（提高油田采收率）以及CO2 ECBM（提高煤层气采收率）等技术。其二是注入盐碱含水层（Saline AquiferStorage）或废弃的油气田[8]。封存后，还将采用一系列传感技术监测二氧化碳在岩层间的存储情况。

作为一个整体系统，上述三个阶段对CCS项目均十分重要。现阶段碳捕捉、封存面临的技术挑战更多，投入成本也相对较高。

要说明的是，CCS技术也有一定争议，例如碳捕捉阶段本身就会增加额外的能源消耗，且会降低化石燃料的燃烧效率，相当于为减排又不得不增加排放；再如大规模的二氧化碳储存于地下，如何确保其不再泄露以及封存阶段的安全性也容易引发公众的担忧。