Ở Hoa Kỳ, có hơn 90% lượng khí nhà kính thải vào môi trường từ việc đốt nhiên liệu hóa thạch.[18] Đốt nhiên liệu hóa thạch cũng tạo ra các chất ô nhiễm không khí khác như các ôxít nitơ, điôxít lưu huỳnh, hợp chất hữu cơ dễ bay hơi và các kim loại nặng.

Theo Bộ Môi trường Canada:

"Ngành điện là duy nhất trong số những ngành công nghiệp trong đóng góp rất lớn của nó vào các phát thải liên quan đến hầu hết các vấn đề về không khí. Sản xuất điện thải ra một lượng lớn các ôxít nitơ và điôxít lưu huỳnh tại Canada, tạo ra sương mù và mưa axít và hình thành vật chất hạt mịn. Nó là nguồn thải thủy ngân công nghiệp lớn nhất không thể kiểm soát được tại Canada. Các nhà máy phát điện sử dụng nhiên liệu hóa thạch cũng phát thải vào môi trường điôxít cacbon, một trong những chất tham gia vào quá trình biến đổi khí hậu. Thêm vào đó, ngành này có những tác động quan trọng đến nước, môi trường sống và các loài. Cụ thể, các đập nước và các đường truyền tải cũng tác động đáng kể đến nước và đa dạng sinh học."[19]

Đốt nhiên liệu hóa thạch tạo ra các axít như sulfuric, cacbonic và nitric, các chất có nhiều khả năng tạo thành mưa axít và ảnh hưởng đến các vùng tự nhiên và hủy hoại môi trường. Các tượng điêu khắc làm bằng cẩm thạch và đá vôi cũng phần nào bị phá hủy do axít hòa tan cacbonat canxi.

Nhiên liệu hóa thạch cũng chứa các chất phóng xạ chủ yếu như urani và thori, chúng được phóng thích vào khí quyển. Năm 2000, có khoảng 12.000 tấn thori và 5.000 tấn urani đã bị thải ra từ việc đốt than.[20] Người ta ước tính rằng trong suốt năm 1982, Hoa Kỳ đốt than đã thải ra gấp 155 lần so với chất phóng xạ thải vào khí quyển của sự cố đảo Three Mile.[21]

Bốt than cũng tạo ra một lượng lớn xỉ và tro bay. Các chất này được sử dụng với nhiều mục đích khác nhau, chiếm khoảng 40% sản lượng của Hoa Kỳ.[22]

Việc khai thác, xử lý và phân phối nhiên liệu hóa thạch cũng gây ra các mối quan tâm về môi trường. Các phương pháp khai thác than đặc biệt là khai thác lộ thiên bốc lớp phủ của các đỉnh núi và khai thác từ trên xuống và khai thác dạng dải cũng gây những ảnh hưởng tiêu cực đến môi trường, và các hoạt động khai thác dầu khí ngoài khơi cũng là hiểm họa đối với sinh vật thủy sinh. Các nhà máy lọc dầu cũng có những tác động tiêu cực đến môi trường như ô nhiễm nước và không khí. Việc vận chuyển than cần sử dụng các đầu máy xe lửa chạy bằng động cơ diesel, trong khi đó dầu thô thì được vận chuyển bằng các tàu dầu (có nhiều khoang chứa), các hoạt động này đòi hỏi phải đốt nhiên liệu hóa thạch truyền thống.

Các nguyên tắc môi trường được áp dụng để làm giảm thiểu lượng phát thải như yêu cầu và khống chế (yêu cầu về lượng chất thải hoặc yêu cầu về công nghệ sử dụng), khuyến khích kinh tế hoặc các chương trình tình nguyện.

Ví dụ về các nguyên tắc môi trường được sử dụng ở Hoa Kỳ nhu "EPA đưa ra các chính sách để giảm phát thải thủy ngân từ hoạt động hàng không. Theo các nguyên tắc được phê chuẩn năm 2005, các nhà máy phát điện sử dụng than cần phải cắt giảm lượng phát thải đến 70% vào năm 2018."[23].

Về thuật ngữ kinh tế, ô nhiễm từ nhiên liệu hóa thạch được xem là một yếu tố bên ngoài tiêu cực. Thuế là cách áp dụng một chiều để thực hiện chi phí xã hội một cách rõ ràng hay nói cách khác là chi phí ô nhiễm. Mục đích này làm cho giá nhiên liệu tăng cao để làm giảm nhu cầu sử dụng tức giảm lượng chất gây ô nhiễm và đồng thời tăng quỹ để phục hồi môi trường.