Năng lượng không tái tạo có nghĩa là nguồn năng lượng cuối cùng sẽ cạn kiệt. Hầu hết các nguồn năng lượng không tái tạo thuộc loại nhiên liệu hóa thạch. Than, khí tự nhiên, dầu thô và khí dầu mỏ lỏng là những ví dụ về các nguồn năng lượng không thể tái tạo.
Carbon là nguyên tố chính trong nhiên liệu hóa thạch; chúng được hình thành từ 300 đến 360 triệu năm trước. Tất cả các nhiên liệu hóa thạch đều được tạo ra thông qua một quá trình tương tự. Động vật và thực vật chết được bao phủ bởi trầm tích, đá và đáy biển, và theo thời gian, sức nóng và áp suất biến những phần còn lại thành nhiên liệu hóa thạch. Có những mỏ than, dầu mỏ và khí đốt tự nhiên khổng lồ trên khắp thế giới. Các nguồn tài nguyên không thể tái tạo rất dễ kiếm và tương đối rẻ để có được, điều này khiến chúng trở thành nguồn năng lượng có giá trị.
Đốt nhiên liệu hóa thạch có thể rất nguy hại vì các hạt thải ra gây ô nhiễm không khí, đất và nước. Việc sử dụng các nhiên liệu này cũng làm tăng thêm hiệu ứng nhà kính, gây ra hiện tượng nóng lên toàn cầu do các khí này không cho phép nhiệt thoát ra ngoài khí quyển. Rất nhiều nhiên liệu hóa thạch được sử dụng để sản xuất điện. Theo Cơ quan Tình báo Trung ương, Hoa Kỳ sản xuất 66% điện năng bằng nhiên liệu hóa thạch và 8% khác từ năng lượng hạt nhân.
