Hiilivarasto tarkoittaa biomassaan kuten metsään, mereen tai maaperään sitoutuneen hiilen määrää, joka on siis poissa ilmakehästä. Ilmastonmuutoksen kannalta olennaista on nimenomaan muutokset hiilivarastoissa: hiilivaraston kasvua eli sitä, että siihen sitoutuu lisää hiiltä, kutsutaan hiilinieluksi. Vastaavasti hiilivaraston pienenemistä eli sitä, että siitä vapautuu hiiltä ilmakehään, kutsutaan hiilen lähteeksi.