CCS全部過程最開始要處理的情況是CO2捕捉，其辦法是在排放燃燒源中分離出CO2，并進行收集、凈化和壓縮，降低工廠中CO2的排放，進而減少大氣中CO2的數量。可以使用的CO2捕捉技術大體包含燃燒前捕捉技術、富氧燃燒捕捉技術及燃燒后捕捉技術。

燃燒前捕捉

燃燒前捕捉技術是把CO2在化石燃料燃燒之前分離出來。先將化石燃料氣化變成H2和CO，CO轉變成CO2，H2當作能源燃燒轉變成H2O，因此CO2即可被分離捕捉出來。集成氣化組合循環技術（integrated gasification combined cycle，IGCC）是指把煤轉變成合成氣的一項技術，是一種比較有代表性的燃燒前捕集CO2的技術。

富氧燃燒捕捉

富氧燃燒捕捉技術也被稱為O2/CO2燃燒技術，即指化石燃料在純氧或富氧中燃燒，CO2和水蒸氣是煙道氣的主要組成部分，接下來再把水蒸氣冷卻，就只剩下CO2，最后再將CO2分離出來。通常情況下，會將燃燒之后的煙道氣再一次回注燃燒爐，目的是降低燃料溫度，提升CO2的體積分數。制氧成本很高導致富氧燃燒捕捉技術在經濟上無顯著的優勢，因而不能在現實使用中大范圍普及利用。但是，伴隨化工技術的持續發展，制氧成本也將逐漸下降，富氧燃燒技術也將會被大規模利用。

燃燒后捕捉

燃燒后捕捉即指將化石燃料在空氣中燃燒所生成的CO2從煙道氣中分離出來并捕捉的過程。化學吸收法（本菲爾法、甲基二乙醇胺法）、吸附法（變壓、變溫）、物理吸收法（聚乙二醇二甲醚法、低溫甲醇洗法）和膜分離等辦法是重要的捕捉分離辦法。應用區域廣，系統原理簡單，在技術使用上比較成熟是燃燒后捕捉技術的重點優勢。但是燃燒后捕捉技術在生產實踐中也并沒有大區域地利用，主要是因為脫碳與捕捉碳的進程中耗費的能量極有可能生成較多的CO2，此外碳捕捉的設備投入和運行成本高帶來了很高的CO2捕集成本。

碳運送

現今碳運送技術發展比較成熟，使用范圍也相對很寬，管道運送和罐裝運送是兩種重點運送方式。管道運送分成氣態、液態、超臨界態運送，運送工藝也伴隨運送介質相態的差別有一定的區別。超臨界態運送是現今重點管道運送方式，但是中國的油田內部管線更多使用氣態或液態運送。管道運送的技術發展相對較成熟，遠距離傳輸、傳輸量大是其主要特征，管道運送也是傳送CO2較常用的一種手段，其缺陷是一次性投資成本很大。罐裝運送的重要途徑是利用鐵路或公路完成傳送，其特征是適合少量的短途運送，缺陷是大范圍利用不具備經濟性。