Lý do chính khiến nhiên liệu hóa thạch có hại cho môi trường là do việc sử dụng chúng tạo ra một lượng lớn khí nhà kính. Những khí này gây ra nhiệt tích tụ trong khí quyển và làm tăng nhiệt độ trung bình của hành tinh . Nhiên liệu hóa thạch cũng gây ô nhiễm không khí khi chúng bị đốt cháy và có thể gây hủy hoại môi trường khi chúng được khai thác.
Nhiên liệu hóa thạch bao gồm than, xăng, nhiên liệu diesel, khí propan và khí tự nhiên. Tất cả những nhiên liệu này được tạo ra khi các sinh vật phân hủy và giải phóng các hợp chất giàu carbon vào đất và đá xung quanh trong hàng nghìn năm. Con người tiếp cận các nguồn tài nguyên này thông qua nhiều phương tiện khác nhau, bao gồm khoan các lỗ sâu và khai thác than từ các hầm lò. Ngoài ra, một quy trình được gọi là "fracking" được sử dụng để loại bỏ các khoản dự trữ mà nếu không thì khó truy cập. Fracking bơm nước có áp suất cao vào nền đá để giải phóng dầu và khí bên trong. Nếu các hóa chất từ quá trình làm ô nhiễm mực nước ngầm, có thể xảy ra tình trạng hủy hoại môi trường trên diện rộng.
Ngoài việc ô nhiễm không khí và tạo ra khí nhà kính, các sản phẩm dầu mỏ có thể gây hủy hoại môi trường khi chúng tràn ra môi trường. Khi điều này xảy ra trong đại dương, dầu tràn có thể bao phủ những mảng lớn trên mặt nước, giết chết một số lượng lớn động thực vật.
