化石燃料為燃料通過形成天然過程，如厭氧分解掩埋死的生物體，含有有機分子在古始發光合作用，在釋放能量的燃燒。這種生物及其產生的化石燃料的壽命通常為數百萬年，有時甚至超過6.5億年。化石燃料含有高百分比的碳，包括石油、煤炭和天然氣。泥炭有時也被視為化石燃料。常用的化石燃料衍生物包括煤油和丙烷。化石燃料的范圍從易失性低的材料的碳-到-氫比（像甲烷），以液體（如石油醚），以幾乎純碳，等構成的非揮發性物質xxx煤煤。甲烷可以單獨發現在與石油有關的烴田中，也可以甲烷包合物的形式發現。

截至2018年，全球主要主要能源包括石油（34％）、煤炭（27％）和天然氣（24％），占化石燃料在世界一次能源消費中的比重為85％。非化石能源包括核能（4.4％）、水力發電（6.8％）和其他可再生能源（4.0％，包括地熱、太陽能、潮汐、風能、木材和廢物）。可再生能源（包括傳統生物質）在全球最終能源消費總量中的份額在2018年為18％。與2017年相比，世界能源消耗增長率為2.9％，幾乎是十年平均每年1.5％的兩倍，并且是2010年以來最快的。

盡管化石燃料是通過自然過程不斷形成的，但它們通常被歸類為不可再生資源，因為它們需要數百萬年的形成時間，而且已知的可行儲量正以比新儲量快的速度耗盡。

多數空氣污染死亡是由于化石燃料燃燒產物造成的，據估計其花費占全球GDP的3％以上，淘汰化石燃料每年將挽救360萬人的生命。

化石燃料的使用引起了嚴重的環境問題。每年燃燒化石燃料可產生約350億噸（35千兆噸）的二氧化碳（CO?₂）。據估計，自然過程只能吸收其中一部分，因此每年凈增加數十億噸大氣二氧化碳。CO?₂是一種溫室氣體，會增加輻射強迫，并有助于全球變暖和海洋酸化。邁向低碳時代的全球運動可再生能源正在進行中，以幫助減少全球溫室氣體排放。

化石燃料非常重要，因為它們可以燃燒（氧化成二氧化碳和水），每單位質量產生大量能量。使用煤作為燃料早于有記錄的歷史。煤被用于運行的爐熔煉的金屬礦石。來自滲漏的半固態碳氫化合物也曾在遠古時代燃燒過，它們主要用于防水和防腐。

石油的商業開發始于19世紀，在很大程度上替代了動物來源的油（特別是鯨油），用于油燈。

天然氣曾經作為石油生產中不需要的副產品放出，現在被認為是非常寶貴的資源。天然氣沉積物也是氦的主要來源。

重質原油比傳統原油粘稠得多，而油砂中發現瀝青與沙子和粘土混合、油砂在2000年代初開始變得越來越重要，成為化石燃料的來源。油頁巖和類似物質是含干酪根的沉積巖、干酪根是高分子量有機化合物的復雜混合物，加熱（熱解）后會產生合成原油。通過額外的處理，它們可以代替其他已建立的化石燃料使用。最近，由于這些資源的使用率很高，已經剝奪了對這些資源的開發投資。相對于更易于處理的儲量的碳成本。

在此之前的18世紀后半葉，風車和水車提供所需的工業能源，如磨面粉、鋸木或抽水，而燃燒木材或泥炭提供國內的熱量。首先在蒸汽發動機中廣泛使用化石燃料，煤炭以及后來的石油，這引發了工業xxx。同時，使用天然氣或煤氣的煤氣燈被廣泛使用。內燃機的發明及其在汽車和卡車中的應用xxx增加了對化石燃料制成的汽油和柴油的需求。其他形式的運輸、鐵路和飛機，也需要化石燃料。對化石燃料的另一個主要用途是發電和作為原料的石化工業。焦油是石油開采的殘余物，用于公路建設。

一級能源的水平是地下的儲量。流量是由這些儲量生產的化石燃料。最重要的一次能源是碳基化石能源。

牛津大學科珀斯克里斯蒂學院物理學高級榮譽研究員PE霍奇森（PE Hodgson）期望世界能源使用量每14年翻一番，并且仍需要更快地增長，他于2008年堅持認為世界石油生產是世界石油生產的主要資源。化石燃料預計在十年內達到頂峰，然后下降。

供需原則認為，隨著碳氫化合物供應的減少、價格將上漲。因此，較高的價格將導致增加替代性可再生能源的供應，因為以前不經濟的資源變得足夠經濟可利用。目前，人造汽油和其他可再生能源比常規石油儲量需要更昂貴的生產和加工技術，但在不久的將來可能在經濟上可行。不同的替代能源包括核能、水力發電、太陽能、風能和地熱能。

最有前途的能源替代方案之一是使用不可食用的原料和生物質來捕獲二氧化碳以及生產生物燃料。盡管這些過程并非沒有問題，但它們目前在全球范圍內得到實踐。生物柴油是由多家公司生產的，并且是幾所大學研究的主題。將可再生脂質轉化為可用燃料的方法包括加氫處理和脫羧。