二氧化碳利用与封存技术是碳捕集、利用和封存的主要挑战之一，一般可分为两类：地质封存和海洋封存。

地质封存 一般是将超临界状态（气态及液态的混合体）的二氧化碳注入地质结构中，这些地质结构可以是油田、气田、咸水层、无法开采的煤矿等。若要封存大量的二氧化碳，最适合的地点是咸水层。咸水层一般在地下深处，富含不适合农业或饮用的咸水，这类地质结构较为常见，同时拥有巨大的封存潜力。把二氧化碳注入油田或气田用以驱油或驱气可以提高采收率；注入无法开采的煤矿可以把煤层中的煤层气驱出来，提高煤层气采收率。

海洋封存 可通过船舶注入或管道注入，将二氧化碳注入大海，部分溶解在海水中并参与海洋碳循环。或利用二氧化碳密度比水大的原理，将二氧化碳注入到深海（通常是3000米深度），形成液态二氧化碳，从而阻断二氧化碳进入大气层的过程。