Les puits de carbone recouvrent l'ensemble de mécanismes naturels (biologiques) ou artificiels (technologiques) qui absorbent le dioxyde de carbone (CO₂) de l'atmosphère et de le stockent sous forme de CO₂ ou sous forme de composés contenant du carbone, comme la lignine. Ce processus contribue à la réduction des émissions de gaz à effet de serre. Parmi les principaux puits de carbone naturels, on compte les océans, les sols, les combustibles fossiles et les forêts. Les océans, en particulier, retiennent une quantité considérable de carbone terrestre dissous dans l’eau. Cependant, le changement climatique et l'augmentation des températures qui en découle diminue la solubilité du CO₂ dans l'eau, ce qui entraîne le relâchement de carbone dans l'atmosphère.
Les sols, quant à eux, renferment plus de carbone que l'atmosphère, principalement sous forme de matières organiques en décomposition telles que les carcasses des insectes et des animaux et les feuilles. Les combustibles fossiles sont des composés carbonés issus de la transformation de matière organique enfouie dans le sol depuis plusieurs millions d'années. La combustion de ces éléments perturbe l'équilibre du carbone entre le sol et l'atmosphère.
Les plantes terrestres ainsi que la vie marine (animaux, bactéries et archées) contiennent la plus grande part de carbone parmi les organismes vivants. La réduction des surfaces forestières au profit des activités humaines entraîne une diminution du carbone stocké dans ces écosystèmes.