化石燃料は地質時代にかけて

堆積した動植物などの死骸が地中に堆積し、長い年月をかけて地圧・地熱などにより変成されてできた有機物の化石のうち、人間の経済活動で燃料として用いられる（または今後用いられることが検討されている）ものの総称である。

現在使われている主なものに、石炭、石油、天然ガスなどがある。また近年はメタンハイドレートなどの利用も検討され始めている。

かつて生物が自らの体内に蓄えた昔の炭素化合物・窒素酸化物・硫黄酸化物・太陽エネルギーなどを現代人が取り出して使っていると考えることができる。

いずれにせよ、これらの燃料は燃やすと二酸化炭素 (CO2) 、窒素酸化物 (NO、 NO2、 N2O4) 、硫黄酸化物 (SO2) などを発生するが、これらが大気中に排出されることにより、地球温暖化や、大気汚染による酸性雨や呼吸器疾患などの公害を引き起こすため、深刻な環境問題を引き起こす要因になっている。

また、資源埋蔵量にも限りがあるため持続性からも問題視されている。

そのため現在は一部で原子力発電が使われているほか、これらの環境問題が発生しにくいバイオ燃料（バイオマス）、太陽光発電、風力発電、地熱発電などの新エネルギーの研究が進められて、一部は主に西欧諸国やブラジルなどで実際に使われはじめている。