Metsän hiilinielu tarkoittaa, että metsään sitoutuu enemmän hiilidioksidia kuin sieltä vapautuu ilmakehään. Puut ottavat hiilidioksidia ilmasta ja varastoivat sen hiilenä itseensä. Hiilidioksidia syntyy, kun hiiltä sisältävä aine poltetaan tai se hajoaa muuten. Hiilidioksidia syntyy myös hengittäessä.
Kun puut kasvavat, ne varastoivat hiiltä runkoon, oksiin, juuriin ja lehtiin. Maaperään sitoutuu hiiltä karikkeessa. Hiili vapautuu luontaisesti takaisin ilmaan hiilidioksidina, kun puu ja karike lahoavat. Kun puuta käytetään, hiili varastoituu tai vapautuu, riippuen siitä, mitä puusta tehdään.
Suomen metsät ovat hiilinielu, koska metsien kasvu sitoo enemmän hiiltä kuin mitä sitä vapautuu metsien käytön ja luonnollisen poistuman vuoksi. Suomen kasvavat metsävarat ovat vähentäneet ilmakehässä olevaa hiilidioksidin määrää jo vuosikymmeniä.
Teoriassa metsien puuston vuotuinen hiilinielu, siis puuston hiilivaraston vuotuinen kasvu, saadaan maksimoitua käsittelemällä metsät tilaan, jossa puuston kasvupotentiaali on maksimaalinen ja pidättäytymällä hakkaamasta metsiä kyseisenä vuotena. Mikäli maksimoidaan vuotuista biomassatuotantoa, tulee metsät pitää melko nuorina. Tällöin metsistä lisäksi poistetaan joka vuosi hakkuissa se määrä hiiltä, mikä puustoon vuosittain sitoutuu, jolloin puuston hiilivarasto pysyy vakiona ja vuotuinen hiilinielu on nolla. Vastaavasti puuston vuotuinen hiilinielu on nolla kaikissa sellaisissa metsien käsittelyvaihtoehdoissa, joissa metsistä vuosittain poistetaan kasvunsa verran puuta (ns. normaali metsä) kiertoajasta ja hiilivaraston koosta riippumatta.