Sequestro de carbono é o processo de remoção de gás carbônico da atmosfera. Tal processo ocorre principalmente em oceanos, florestas e outros locais onde os organismos por meio da fotossíntese capturam o carbono e lançam oxigênio na atmosfera.
O oceano é o maior reservatório de carbono da Terra, contendo cerca de 50 vezes mais carbono que a atmosfera. O carbono no oceano é naturalmente sequestrado a partir de dois processos: O processo físico está ligado à circulação termoalina (formações de água profunda no oceano). O CO2 da atmosfera dissolve-se mais facilmente em água fria do que em água quente. As águas superficiais transportadas dos trópicos para as altas latitudes, ao perderem calor aumentam sua densidade e iniciam um movimento descendente. Essas águas são ricas em CO2, este foi armazenado no oceano profundo por cerca de 1000 anos, só retornando para a atmosfera quando a circulação oceânica provoca o afloramento de águas profundas à superfície do oceano.
O aquecimento global pode provocar a fusão do gelo nas regiões polares, o que levaria à redução da salinidade, desta forma, aumentando a estratificação entre as águas superficiais e profundas, consequentemente reduzindo o movimento descendente de CO2 para o oceano profundo. No processo biológico, o fitoplâncton retira CO2 da água do oceano para realizar o processo da fotossíntese. O plâncton e outros organismos marinhos extraem o CO2 da água do oceano e convertem-no em carbonato de cálcio, para construir seus esqueletos e escudos. Quando o fitoplâncton é consumido por bactérias ou pelo zooplâncton, nutrientes e CO2 são liberados para a água, podendo ser outra vez absorvido pelo fitoplâncton ou ser liberado para a atmosfera.
Porém, quando o fitoplâncton morre, parte do carbono orgânico e, principalmente, o carbono inorgânico, são depositados no fundo do oceano, formando depósitos sedimentares, e posteriormente petróleo e carvão. Em condições naturais, o carbono aprisionado nesse reservatório sedimentar demora pelo menos 400 milhões de anos para voltar à atmosfera por emissões vulcânicas e hidrotérmicas.
