Quá trình hình thành than mất hàng triệu năm. Than được sử dụng ngày nay bắt đầu hình thành cách đây hơn 300 triệu năm dưới dạng cây sống, dương xỉ và các loại vật liệu thực vật khác. Than là tài nguyên không thể tái sinh vì thời gian cần thiết để hình thành vượt xa tốc độ con người sử dụng.
Quá trình hình thành than, được gọi là quá trình than hóa, liên quan đến những thay đổi vật lý và hóa học của than bùn. Than bùn bao gồm các bộ phận của thực vật, thực vật mục nát và các sản phẩm của quá trình thối rữa. Để hình thành than bùn, tốc độ phát triển của thực vật phải vượt quá tốc độ vi khuẩn có thể phá vỡ các vật liệu, như xảy ra trong nước của các đầm lầy và đầm lầy, nơi hoạt động của vi khuẩn chậm lại do thiếu oxy.
Quá trình than hóa đòi hỏi phải chôn các lớp than bùn dày. Áp lực của các lớp lắng đọng bên trên than bùn bắt đầu nén các vật liệu thực vật và ép nước từ chúng. Áp suất, nhiệt và thời gian gây ra nhiều thay đổi trong vật liệu, bằng chứng là sự hình thành khí mêtan. Quá trình này làm tăng phần trăm cacbon của than. Chất lượng của than phụ thuộc vào thời điểm các công nhân khai thác lấy nó ra khỏi mặt đất trong quá trình than hóa. Than chôn càng lâu thì hàm lượng cacbon càng lớn. Với đủ thời gian và áp suất, các vật liệu này biến đổi thành than chì, một loại khoáng chất chỉ chứa cacbon.
