Fossile Brennstoffe sind tote Biomasse, die vor Jahrmillionen abgestorben ist und durch geologische Prozesse umgewandelt wurde: in Kohle, Erdöl und Erdgas sowie verschiedene Mischprodukte wie Ölsande oder Ölschiefer.
Der natürlich auf der Erde vorkommende Kernbrennstoff Uran kann ebenfalls zu den fossilen Energien gezählt werden, da er nicht nachgebildet wird.
Das Gegenstück zu den fossilen Energien (inklusive Uran) sind die sogenannten erneuerbare Energien. Sie zeichnen sich dadurch aus, dass ihre Energiequelle, die Sonne, in durch den Menschen vorstellbaren Zeiträumen verfügbar sein wird.
Film zu thermischen Nebeneffekten der Nutzung fossiler Brennstoffe (Link öffnet in neuem Fenster/Tab):
Abwärme oder Klimaeffekte durch fossile Brennstoffe: Was ist stärker? | energieinfoASPEKTE 
Entstehung fossiler Brennstoffe
In einer ersten Stufe werden Pflanzen und Tiere kurz nach ihrem Absterben durch Schlamm oder Wasser vom Luftsauerstoff abgetrennt – beispielsweise Vegetationsflächen, die überflutet werden oder Tiere, die im Schlamm einsinken. Die darauffolgende anaerobe, also sauerstofflose Zersetzung durch entsprechende Mikroorganismen überführt die tote Biomasse in Kohlenstoff- und Kohlenwasserstoffverbindungen verschiedener Zusammensetzung sowie andere Verbindungen mit einer Konzentrierung des Kohlenstoffgehalts.
Je nach der Zusammensetzung der toten Biomasse und den physikalisch-chemischen Bedingungen, insbesondere Druck und hohe Temperaturen, entstehen im Laufe vieler Jahrmillionen Kohle, Erdöl, Erdgas sowie Ölsande, Ölschiefer; erstere können bei hoher
Qualität praktisch direkt über die Verbrennung in nutzbare Wärmeenergie überführt werden. Letztere müßten zunächst von mineralischen Stoffen getrennt werden, um sie zu nutzen. Dies entspricht einem zusätzlichen Energieaufwand für die Bereitstellung der Energieträger als Endenergie.
Nutzung der fossilen Brennstoffe in der historischen Perspektive
Fossile Brennstoffe, zunächst seit Anfang des 18. Jahrhunderts die Kohle, haben Holz, das zu dieser Zeit der beschränkende Faktor für technischen Energiebedarf geworden war, abgelöst. Mit der energiereichen Kohle, die in großen Mengen verfügbar war, konnten
technische Entwicklungen wie die Dampfmaschine oder die Stahlproduktion erst in großem Umfang eingesetzt werden.
Mit der Einführung des Automobils als Massenartikel richtete sich das Interesse zu Anfang diese Jahrhunderts auf Erdöl als Vorstufe für die Treibstoffe Diesel,Kerosin und Benzin.
An der Schwelle zum 21. Jahrhundert richten sich die Interessen verstärkt auf den dritten fossilen Brennstoff, daß Erdgas: Dieses zeichnet sich dadurch aus, daß es sich ohne großen
Aufwand – eventuell nach einer Aufbereitung – sauber verbrennen läßt, zumindest im Vergleich zu Kohle, Erdöl und Erdölprodukten. Weiterhin ist die Menge des treibhausrelevanten Gases Kohlendioxid, die pro Energieeinheit bei der Nutzung von Erdgas freigesetzt wird, deutlich geringer als bei den anderen Brennstoffen.
Freisetzung des Treibhausgases Kohlendioxid
Allen fossilen Brennstoffen gemein ist der bei der Verbrennung freigesetzte hohe Anteil von Kohlendioxid im Abgas. Dies trifft für alle Produkte der fossilen Brennstoffe ebenfalls zu. Kohlendioxid ist zwar nicht toxisch, zeichnet sich aber durch seine Treibhauswirksamkeit aus. Der Treibhauseffekt alleine führt immer zu einer Erhöhung der Temperatur in der Atmosphäre. Die Komplexität des Systems Erde erschwert jedoch die Vorhersage der Entwicklung des Klimas.