Afhankelijk van hun kenmerken en de plaatselijke omstandigheden kunnen bossen een verschillende rol spelen in de koolstofcyclus, van netto uitstoters tot netto putten van koolstof. Bossen leggen koolstof vast door kooldioxide uit de atmosfeer op te vangen en via fotosynthese om te zetten in biomassa. Opgeslagen koolstof wordt vervolgens geaccumuleerd in de vorm van biomassa, dood hout, strooisel en in de bosbodem. Het vrijkomen van koolstof uit bosecosystemen is het gevolg van natuurlijke processen (ademhaling en oxidatie), maar ook van opzettelijke of onbedoelde menselijke activiteiten (bijv. oogsten, branden, ontbossing).
De bijdrage van bossen aan koolstofcycli moet worden geëvalueerd, waarbij ook rekening moet worden gehouden met het gebruik van geoogst hout, bijv.
In gevallen waarin de nettobalans van koolstofemissies door bossen negatief is, d.w.z. waarin koolstofvastlegging overheerst, dragen bossen bij tot het temperen van koolstofemissies door te fungeren als koolstofreservoir en als instrument voor het vastleggen van extra koolstof. In gevallen waarin de nettobalans van koolstofemissies positief is, dragen bossen bij tot de versterking van het broeikaseffect en de klimaatverandering.
Bossen en hun rol in de koolstofcyclus worden beïnvloed door veranderende klimaatomstandigheden. Evoluties in neerslag en temperatuur kunnen schadelijke of gunstige gevolgen hebben voor de gezondheid en de productiviteit van bossen, die zeer moeilijk te voorspellen zijn. Afhankelijk van de omstandigheden zal de klimaatverandering de koolstofopslag in bossen doen afnemen of toenemen, wat onzekerheid doet ontstaan over de mate waarin de bossen in de wereld op lange termijn zullen kunnen bijdragen tot het temperen van de klimaatverandering. Bosbeheeractiviteiten kunnen de koolstofvastlegging beïnvloeden door bepaalde processen te stimuleren en de effecten van negatieve factoren te verzachten.
Bos-ecosystemen in de Europese Unie spelen meerdere belangrijke rollen, waaronder koolstofvastlegging. Geschat wordt dat de bosbiomassa in de EU27-landen 9,8 miljard ton koolstof (tC) bevat. De totale CO2-uitstoot van de EU27-landen in 2004 bedroeg 1,4 miljard ton koolstof . Dit betekent dat de hoeveelheid koolstof die elk jaar door de EU-27 wordt uitgestoten, gelijk is aan bijna een zevende van de hoeveelheid koolstof die in de EU-27-bossen is opgeslagen. Bijgevolg kan de waarde die in de EU aan bossen wordt gehecht, worden gezien als een haalbare manier om de uitstoot van broeikasgassen te verminderen door koolstofputten en -opslag.
In de UNECE-regio als geheel neemt de koolstofvoorraad in bosecosystemen toe. Sinds 1990 is de totale boskoolstofvoorraad in Europa met 2 miljard ton toegenomen, d.w.z. een gemiddelde van 137 miljoen ton koolstof per jaar. De belangrijkste redenen voor deze toename zijn beleid en wetgeving die ervoor zorgen dat de houtverwijdering niet groter is dan de aanwas, alsmede de groeisnelheid van de bossen die in veel bostypes is toegenomen. De bossen en andere beboste gebieden in de VN/ECE-landen beslaan bijna 1,9 miljard hectare, gelegen in Noord-Amerika, Europa (met inbegrip van het grondgebied van de Russische Federatie), de Kaukasus en Centraal-Azië. Volgens de Forest Resources Assesment van de FAO bedroeg het totale koolstofgehalte in bosecosystemen in 2005 638 Gt C (1 Gt C staat gelijk aan 1 miljard ton koolstof). Uit ramingen van de FAO blijkt dat de bossen in de UNECE-regio ongeveer 40 procent van alle koolstof in bossen vertegenwoordigen. Een belangrijk kenmerk dat de koolstofvoorraad van de regio onderscheidt, is een relatief hoog percentage koolstof dat is opgeslagen in de bodem, bijna de helft van het totaal.
In relatieve cijfers had Noord-Amerika in 2005 naar schatting 118 ton koolstofvoorraad per hectare (inclusief koolstof in levende biomassa, dood hout, strooisel en bodem). Europa had bijna 177 ton koolstofvoorraad per hectare. Een trend van 1990 tot 2005 laat zien dat in veel Europese landen en de VS de totale koolstofvoorraden aanzienlijk zijn toegenomen. De trends wijzen op een toename van de koolstofvoorraden in veel landen van de VN/ECE-regio, en duurzaam beheerde bossen zouden nog meer koolstof kunnen blijven opslaan en zo bijdragen tot de beperking van de klimaatverandering.