Nhiên liệu hóa thạch đến từ chất hữu cơ đã bị phân hủy dưới áp suất và sức nóng mạnh mẽ của vỏ Trái đất. Nhiên liệu hóa thạch chủ yếu dựa trên carbon, mặc dù một số nhiên liệu, chẳng hạn như methane, có tỷ lệ hydro trên carbon cao hơn. Quá trình sản xuất nhiên liệu hóa thạch thường mất hàng triệu năm để hoàn thành. Than đá, khí đốt tự nhiên và dầu mỏ đều là những ví dụ về nhiên liệu hóa thạch.
Nhiên liệu hóa thạch là nguồn sản xuất năng lượng hàng đầu thế giới. Chúng tạo ra một lượng lớn năng lượng khi bị đốt cháy, dù chỉ với một lượng nhỏ. Tuy nhiên, một tác dụng phụ của việc đốt nhiên liệu hóa thạch là tạo ra khí nhà kính, được thải vào không khí và cách nhiệt hành tinh. Người ta tin rằng khí nhà kính có thể gây hủy hoại môi trường trên diện rộng và là nguyên nhân có thể gây ra biến đổi khí hậu toàn cầu.
Một tác dụng phụ khác của việc sử dụng các nguồn năng lượng này là một lượng lớn axit được thải vào khí quyển, dẫn đến mưa axit. Các nguyên tố phóng xạ cũng được phát tán vào không khí khi đốt cháy nhiên liệu hóa thạch. Việc sử dụng nhiên liệu hóa thạch đã được ghi nhận trong lịch sử loài người. Than đá là nhiên liệu hóa thạch sớm nhất được con người sử dụng, và được đốt trong lò để nấu chảy quặng kim loại. Việc sử dụng dầu mỏ bắt đầu vào thế kỷ 19.
