Geologiczne składowanie dwutlenku węgla powinno być prowadzone przy założeniu braku wycieków z miejsc składowania. Jednak niezależnie od tego, czy zatłaczany gaz będzie wyciekał ze składowiska, czy też nie składowany dwutlenek węgla będzie oddziaływał na środowisko. W szczelnym składowisku zatłaczany dwutlenek węgla będzie rozpuszczał się w płynach złożowych (wodzie podziemnej i ropie) oraz wchodził w reakcje ze skałami formacji do składowania. Rozpuszczanie CO2 w wodzie podziemnej będzie powodowało zmianę jej pH i chemizmu. Oddziaływania z matrycą skalną miejsca składowania spowodują nie tylko zmianę składu mineralogicznego, ale również parametrów petrofizycznych wywołane wytrącaniem i rozpuszczaniem minerałów. Wyciek CO2 z miejsca składowania może wywołać zmiany w składzie powietrza glebowego i wód podziemnych, wpłynąć na rozwój roślin, a przy nagłych i dużych wypływach będzie stanowił zagrożenie dla ludzi i zwierząt. Dwutlenek węgla może spowodować pogorszenie jakości wód pitnych związane ze wzrostem ich mineralizacji (twardości) oraz mobilizacją kationów metali ciężkich. Wzrost zawartości tego gazu w glebie prowadzi do jej zakwaszenia i ma negatywny wpływ na rośliny. Koncentracja dwutlenku węgla rzędu 20-30% jest wartością krytyczną dla roślin, powyżej której następuje ich obumieranie. Wpływ podwyższonych koncentracji dwutlenku węgla na organizm ludzki jest zależny od stężenia gazu, czasu ekspozycji oraz czynników fizjologicznych. Zawartości CO2 w powietrzu do 1,5% nie wywołują u ludzi efektów ubocznych. Koncentracja powyżej 3% powoduje szereg negatywnych skutków, takich jak: wzrost częstotliwości oddychania, trudności w oddychaniu, bóle głowy, utrata przytomności. Przy stężeniach powyżej 30% CO2 w powietrzu śmierć następuje po kilku minutach. Mikroorganizmy i grzyby żyjące pod powierzchnią ziemi mają dobrą tolerancję na podwyższone i wysokie stężenia dwutlenku węgla. Spośród zwierząt największą odporność wykazują bezkręgowce, niektóre gryzonie i ptaki.