Nhiên liệu hóa thạch được hình thành từ vật chất phân hủy của thực vật và động vật đã tiếp xúc với nhiệt và áp suất bên dưới vỏ trái đất trong hàng triệu năm. Những sinh vật sống một lần này dần dần bị phân hủy thành hydrocacbon bao gồm nhiên liệu hóa thạch. Ba loại nhiên liệu hóa thạch được tìm thấy trên trái đất là than đá, dầu thô và khí đốt tự nhiên.
Than đá là một loại nhiên liệu hóa thạch rắn được hình thành từ sự phân hủy của thảm thực vật trên đất liền. Thảm thực vật chết được nén chặt và đốt nóng, và qua hàng triệu năm, carbon và hydro trong thảm thực vật đó được tổ chức thành các hydrocacbon chuỗi dài, giải phóng một lượng nhiệt năng khổng lồ khi bị đốt cháy. Than thường được tìm thấy trong các mỏ sâu dưới bề mặt trái đất.
Dầu thô là nhiên liệu hóa thạch lỏng và nó được hình thành từ tàn tích của các sinh vật biển nhỏ. Nó thường được tìm thấy bị mắc kẹt trong không gian nhỏ trong đá và thường được khai thác bằng cách khoan vào trái đất. Khí tự nhiên là nhiên liệu hóa thạch ở thể khí, và giống như dầu thô, nó được hình thành từ sự phân hủy của các vi sinh vật biển. Nó có thành phần chủ yếu là mêtan và thu được bằng cách khoan.
Vì lượng nhiên liệu hóa thạch có sẵn trên trái đất rất hạn chế, chúng được coi là nguồn tài nguyên có hạn. Chúng cũng được coi là tài nguyên không thể tái tạo, vì việc sản xuất nhiều nhiên liệu hóa thạch hơn cần hàng trăm triệu năm và không thể được thực hiện một cách nhân tạo.
