CCS可分為三個關鍵步聚：捕捉－運輸－封存。捕捉，指從工業生產或化石燃料燃燒所產生的氣體中分離出二氧化碳；運輸，即將分離出的二氧化碳進行壓縮并運送到合適的地點進行存放；封存，一般是將二氧化碳注入在一定深度的地下巖層中使之與大氣隔離。

二氧化碳捕捉技術早已有之，在氣體處理和許多工業生氣中，大規模的二氧化碳分離是常規程序，例如天然氣的生產過程中就必須分離出二氧化碳。由于化石燃料燃燒產生的二氧化碳最多，應用于化石燃料發電站的CCS項目前景廣闊。CCS還可應用于所有工業項目，在鋼鐵等行業的CCS試驗項目已開始建設。捕捉技術可分為3種：燃燒后捕捉、燃燒前捕捉及富氧燃燒捕捉。分離二氧化碳的基本原理是使用特定溶劑或材料進行吸收吸附，或使用薄膜或低溫進行分離等。

完成二氧化碳捕捉后，下一步是運送到儲存地點。分離出的二氧化碳需要進行壓縮以便于運輸和儲存，運輸方式可通過管道或罐裝兩種。其中管道運輸適用于運距合適、大批量的二氧化碳運送，經濟性也較好。

CCS技術的最后階段是封存二氧化碳，一般要求注入合適的地下巖層（距離地面至少800米）。封存地點主要有兩類，其一是將二氧化碳被回注入油氣田，以達到埋存二氧化碳和提高油氣采收率的雙重目的[7]，目前已發展出CO2 EOR（提高油田采收率）以及CO2 ECBM（提高煤層氣采收率）等技術。其二是注入鹽堿含水層（Saline AquiferStorage）或廢棄的油氣田[8]。封存后，還將采用一系列傳感技術監測二氧化碳在巖層間的存儲情況。

作為一個整體系統，上述三個階段對CCS項目均十分重要。現階段碳捕捉、封存面臨的技術挑戰更多，投入成本也相對較高。

要說明的是，CCS技術也有一定爭議，例如碳捕捉階段本身就會增加額外的能源消耗，且會降低化石燃料的燃燒效率，相當于為減排又不得不增加排放；再如大規模的二氧化碳儲存于地下，如何確保其不再泄露以及封存階段的安全性也容易引發公眾的擔憂。