Khi được đốt cháy, nhiên liệu hóa thạch tạo ra nhiệt năng cũng như một số chất thải và khí thải. Nhiên liệu hóa thạch được đốt cháy để tạo ra nhiệt lượng được sử dụng trong sản xuất điện năng. Dầu và khí tự nhiên thường được tinh chế để sản xuất nhiên liệu dùng trong sưởi ấm và vận chuyển.
Nhiên liệu hóa thạch được hình thành từ tàn tích của thực vật và động vật sống cách đây hàng triệu năm. Những phần còn lại này cuối cùng đã được bao phủ bởi nhiều lớp đá. Các loại nhiên liệu hóa thạch khác nhau được hình thành từ chất hữu cơ tùy thuộc vào nhiệt độ và áp suất mà chúng phải chịu cũng như một số yếu tố khác. Than, dầu và khí đốt tự nhiên được coi là tài nguyên không thể tái tạo, có nghĩa là nguồn cung cấp các loại nhiên liệu này có hạn.
Quá trình đốt cháy nhiên liệu hóa thạch tạo ra nhiều loại chất thải như tro, xỉ và các hạt khác. Đốt nhiên liệu hóa thạch cũng tạo ra carbon dioxide, một loại khí nhà kính góp phần vào sự nóng lên toàn cầu. Than và dầu cũng tạo ra sulfur dioxide khi bị đốt cháy, một loại khí gây khó thở cho nhiều sinh vật và góp phần tạo ra mưa axit. Nhiên liệu hóa thạch là nguồn nhiên liệu được sử dụng rộng rãi, gây ra 3/4 lượng khí thải nhà kính do con người gây ra trong hai thập kỷ qua.
