Nguồn nhiên liệu hoá thạch đốt các loại nhiên liệu than hoặc hydrocacbon, mà là phần còn lại của sự phân hủy thực vật và động vật. Có ba loại nhiên liệu hoá thạch chính: than, dầu và khí tự nhiên. Một nhiên liệu hoá thạch khác, khí hoá lỏng (LPG), chủ yếu bắt nguồn từ việc sản xuất khí tự nhiên. Nhiệt từ đốt nhiên liệu hoá thạch được sử dụng trực tiếp để sưởi ấm không gian và gia nhiệt quy trình, hoặc chuyển đổi thành năng lượng cơ học cho xe cộ, quy trình công nghiệp, hoặc sản xuất điện năng. Các nhiên liệu hoá thạch này là một phần của chu trình cacbon và do đó cho phép sử dụng năng lượng mặt trời được lưu trữ ngày nay. Việc sử dụng nhiên liệu hoá thạch trong thế kỷ XVIII và XIX đã đặt giai đoạn cho Cách mạng công nghiệp.Nhiên liệu hoá thạch tạo nên phần lớn các nguồn năng lượng sơ cấp hiện tại của thế giới. Năm 2005, 81% nhu cầu năng lượng của thế giới đã được đáp ứng từ các nguồn hoá thạch. Cơ quan Năng lượng Quốc tế: Thống kê Năng lượng Thế giới Chính 2007. Công nghệ và cơ sở hạ tầng đã tồn tại để sử dụng nhiên liệu hoá thạch. Nhiên liệu lỏng có nguồn gốc từ dầu mỏ cung cấp rất nhiều năng lượng có thể sử dụng trên mỗi đơn vị trọng lượng hoặc thể tích, thuận lợi khi so sánh với các nguồn mật độ năng lượng thấp hơn như pin. Nhiên liệu hoá thạch hiện đang tiết kiệm cho việc sử dụng năng lượng phi tập trung.

Phụ thuộc năng lượng vào nhiên liệu hoá thạch nhập khẩu tạo ra nguy cơ an ninh năng lượng cho các quốc gia phụ thuộc.[4][5][6][7][8] sự phụ thuộc vào dầu đã dẫn đến chiên tranh,[9] tài trợ các gốc tự do,[10] độc quyền,[11] và bất ổn chính trị xã hội.[12]

Nhiên liệu hoá thạch là các nguồn tài nguyên không tái tạo, mà cuối cùng sẽ giảm trong sản xuất [13] and become exhausted. Trong khi các quá trình tạo ra nhiên liệu hoá thạch đang diễn ra, nhiên liệu được tiêu thụ nhanh hơn rất nhiều so với tốc độ bổ sung tự nhiên. Việc khai thác nhiên liệu trở nên ngày càng tốn kém khi xã hội tiêu thụ các loại trầm tích nhiên liệu dễ tiếp cận nhất.[14] Khai thác các nhiên liệu hoá thạch dẫn đến suy thoái môi trường, chẳng hạn như khai thác dải và loại bỏ núi của than.

Hiệu suất nhiên liệu là một dạng hiệu suất nhiệt, có nghĩa là hiệu quả của một quá trình chuyển đổi năng lượng tiềm năng hoá học chứa trong một sóng mang nhiên liệu thành động năng hoặc công việc. tiết kiệm nhiên liệu là hiệu suất năng lượng của một chiếc xe cụ thể, được cho là tỷ lệ khoảng cách đi trên mỗi đơn vị nhiên liệu tiêu thụ. Hiệu quả trọng lượng cụ thể (hiệu quả trên mỗi đơn vị trọng lượng) có thể được nêu cho vận chuyển hàng hoá, và hiệu quả hành khách cụ thể (hiệu quả xe cho mỗi hành khách). Việc đốt cháy [nhiên liệu] không khí hiệu quả (đốt cháy) nhiên liệu hoá thạch trong xe cộ, các tòa nhà và các nhà máy điện góp phần vào đô thị hòn đảo nhiệt.[15]

Sản lượng dầu thông thường có đỉnh, thận trọng, từ năm 2007 đến năm 2010. Trong năm 2010, ước tính đầu tư vào các nguồn tài nguyên không tái tạo trị giá 8 nghìn tỷ USD sẽ được yêu cầu duy trì mức sản xuất hiện tại trong 25 năm.[16] In 2010, chính phủ trợ cấp nhiên liệu hoá thạch ước tính 500 tỷ đô la một năm.[17] Nhiên liệu hoá thạch cũng là nguồn phát thải khí nhà kính, dẫn đến những lo ngại về hâm nóng toàn cầu nếu tiêu thụ không giảm.

Quá trình đốt cháy nhiên liệu hoá thạch dẫn đến việc giải phóng ô nhiễm vào khí quyển. Các nhiên liệu hoá thạch chủ yếu là các hợp chất cacbon. Trong đốt, carbon dioxide được giải phóng, và oxit nitơ, bồ hóng và các hạt mịn hạt khác. Carbon dioxide do con người tạo ra theo IPCC góp phần vào hâm nóng toàn cầu.[18]Các phát thải khác từ nhà máy điện nhiên liệu hoá thạch bao gồm sulfur dioxide, carbon monoxide (CO), hydrocacbon, hợp chất hữu cơ dễ bay hơi (VOC), mercury, asen, chì, cadmium và kim loại nặng khác bao gồm dấu vết uranium.[19][20]

Một nhà máy than điển hình tạo ra hàng tỷ kilowatt giờ mỗi năm.[21]