Fossile Brennstoffe werden aus der verrotteten Materie von Pflanzen und Tieren gebildet, die seit Millionen von Jahren Hitze und Druck unter der Erdkruste ausgesetzt waren. Diese einst lebenden Organismen werden langsam in die Kohlenwasserstoffe, die fossile Brennstoffe enthalten. Die drei fossilen Energieträger der Erde sind Kohle, Erdöl und Erdgas.
Kohle ist ein fester fossiler Brennstoff, der durch den Verfall der Vegetation an Land entstanden ist. Abgestorbene Vegetation wurde verdichtet und erhitzt, und über Millionen von Jahren wurden der Kohlenstoff und der Wasserstoff in dieser Vegetation zu langkettigen Kohlenwasserstoffen organisiert, die bei der Verbrennung eine enorme Menge an Wärmeenergie freisetzen. Kohle wird im Allgemeinen in Minen tief unter der Erdoberfläche gefunden.
Rohöl ist ein flüssiger fossiler Brennstoff und wurde aus den Überresten kleiner Meeresorganismen gebildet. Es wird im Allgemeinen in kleinen Räumen in Gesteinen eingeschlossen gefunden und wird oft durch Bohren in die Erde gewonnen. Erdgas ist der gasförmige fossile Brennstoff und entsteht wie Erdöl aus dem Zerfall mariner Mikroorganismen. Es besteht hauptsächlich aus Methan und wird durch Bohren gewonnen.
Da auf der Erde nur begrenzte Mengen an fossilen Brennstoffen verfügbar sind, gelten sie als begrenzte Ressourcen. Sie gelten auch als nicht erneuerbare Ressourcen, da die Herstellung von mehr fossilen Brennstoffen Hunderte von Millionen Jahren dauert und nicht künstlich erfolgen kann.