Lagret av karbon i jordsmonn med permafrost er anslått til å utgjøre to ganger all karbon i atmosfæren. Tiden for å bygge opp dette karbonlagret er svært lang, mens en mulig tining og frigivelse av karbon ved et varmere klima vil ta kortere tid. På grunn av denne forskjellen er dette vurdert som en irreversibel endring. Slike prosesser med frigivelse av karbon kan gi utslipp av CO eller (CH (metan), og foregå over tidsskalaer på hundrevis til tusenvis av år. Observasjoner tyder på at disse prosessene allerede skjer, og at store områder med permafrost varmes opp og tiner. Imidlertid er det stor usikkerhet relatert til mekanismene som skjer i permafrostområder ved tining. I løpet av det 21. århundre kan det oppstå et nettobidrag av karbon fra permafrostområder til atmosfæren ved scenarier med fremtidig oppvarming (lav konfidens).