Pochłaniacz węgla to naturalny lub sztuczny zbiornik, który pochłania i magazynuje węgiel z atmosfery za pomocą mechanizmów fizycznych i biologicznych. Węgiel, ropa naftowa, gazy ziemne, hydraty metanu i wapień są przykładami pochłaniaczy dwutlenku węgla. Po długich procesach i w określonych warunkach, pochłaniacze te magazynują węgiel przez tysiąclecia. Z drugiej strony, wykorzystanie tych zasobów, uznawanych za kopalne, powoduje ponowne wprowadzenie zgromadzonego w nich węgla do atmosfery. Obecnie w grę wchodzą inne pochłaniacze węgla: gleby magazynujące próchnicę (np. torfowiska), niektóre środowiska wegetacyjne (np. tworzące się lasy) i oczywiście niektóre biologiczne i fizyczne procesy zachodzące w środowisku morskim.
Procesy te tworzą dobrze znaną „oceaniczną pompę węglową”. Składa się ona z dwóch przedziałów: pompy biologicznej*, która przenosi węgiel powierzchniowy na dno morskie za pośrednictwem sieci pokarmowej (jest on tam długofalowo magazynowany), oraz pompy fizycznej*, która wynika z cyrkulacji oceanicznej. W rejonach polarnych bardziej gęsta woda płynie w kierunku Głębin, wciągając rozpuszczony węgiel. W rzeczywistości, w wysokich szerokościach geograficznych woda łatwiej magazynuje CO2, ponieważ niskie temperatury ułatwiają rozpuszczanie atmosferycznego CO2 (stąd znaczenie regionów polarnych w cyklu węglowym). Trudno jest określić ilość węgla zmagazynowanego przez te mechanizmy, ale szacuje się, że ocean skupia 50 razy więcej węgla niż atmosfera. Według niektórych naukowców, Morze Głębokie i jego kolumna wodna może być największym pochłaniaczem węgla na Ziemi, ale jego przyszłość na dużą skalę jest nadal nieznana. Ponadto, wraz z zakwaszeniem oceanu, proces ten może stać się mniej wydajny z powodu braku dostępnych węglanów*.
Przy rozmowach o magazynowaniu węgla kluczowe znaczenie ma pojęcie czasu. Pompa biologiczna jest wrażliwa na zakłócenia. W związku z tym może ulec destabilizacji i ponownie wyemitować węgiel do atmosfery.
Pompa fizyczna działa w innej skali czasowej. Jest mniej wrażliwa na zakłócenia, ale jej wpływ jest długoterminowy. Gdy maszyna zostanie uruchomiona, trudno będzie ją zatrzymać. Węgiel, przeniesiony do Morza Głębokiego w wyniku cyrkulacji oceanicznej, jest czasowo usuwany z obiegu powierzchniowego, ale proces ten jest raczej słabo skwantyfikowany. Poza tym, po kilkusetletniej podróży, czym stanie się ten węgiel, gdy wody te wypłyną na powierzchnię?