Hiilivety on molekyyli, joka koostuu vain vety- ja hiiliatomeista. Nämä molekyylit ovat perinteisesti orgaanisen kemian, kemian haaran, joka keskittyy hiiltä sisältäviin kemiallisiin yhdisteisiin, tutkimuksen pääkohde. Niitä voidaan kuvata puhtaiksi tai epäpuhtaiksi. Puhdas hiilivety koostuu todellakin vain hiili- ja vetyatomeista, kun taas epäpuhdas sisältää hiili- ja vetyatomeja, jotka ovat sitoutuneet muihin atomeihin, kuten typpeen tai rikkiin.
Hiilivetyjä on monia eri muotoja, jotka perustuvat atomien määrään ja järjestykseen. Jotkut molekyylit ovat yksinkertaisesti pitkiä hiili- ja vetyketjuja, jotka voivat sisältää satoja atomeja, kun taas toiset on järjestetty kehittyneisiin renkaisiin ja muihin muotoihin. Jopa orgaanisten molekyylien yksittäisten atomien väliset sidokset voivat olla erilaisia toisistaan, ja monet atomit on liitetty yhteen useilla sidoksilla. Jotkut orgaaniset molekyylit, kuten rasvahapot, luokitellaan tyydyttyneiksi tai tyydyttymättömiksi atomien välisten sidosten määrän perusteella.
Vaikka tällaisille molekyyleille on monia eri käyttötarkoituksia, polttoaineet ovat ylivoimaisesti yleisimpiä. Monien hiilivetyjen sidokset sisältävät huomattavan määrän energiaa, joka voi vapautua poltettaessa. Fossiiliset polttoaineet koostuvat rappeutuneesta orgaanisesta aineesta, joka koostuu suurelta osin vedystä ja hiilestä koostuvista molekyyleistä. Valitettavasti fossiilisia polttoaineita, kuten hiiltä, pidetään uusiutumattomina luonnonvaroina, koska orgaanisen aineen rappeutuminen voi viedä miljoonia vuosia. Tällaisten polttoaineiden polttaminen myös vapauttaa ilmakehään kaasuja, jotka voivat olla haitallisia ympäristölle ja ihmisille.
Fossiilisia hiilivetypolttoaineita on kahdessa ensisijaisessa muodossa: nestemäiset polttoaineet, jotka tunnetaan nimellä maaöljy tai mineraaliöljy, ja kaasumaiset fossiiliset polttoaineet, jotka tunnetaan maakaasuna. Hiili on kiinteä fossiilinen polttoaine. Kaikki ovat erittäin tärkeitä korkean energiasisällön vuoksi, mutta yksikään niistä ei ole uusiutuva, koska ne kaikki muodostuvat hajoamisen kautta. Tiedemiehet etsivät aina vaihtoehtoja fossiilisten polttoaineiden energialle, kuten tuuli- tai aurinkoenergialle.
Tiettyyn hiilivetyyn sisältyvien atomien ja sidosten määrä liittyy yleensä läheisesti sen käyttöön. Niitä, joilla on vähän atomeja ja sidoksia, käytetään harvoin muuhun kuin yksinkertaisiin lämmitys- tai ruoanlaittopolttoaineisiin, kun taas suurempia molekyylejä käytetään dieselpolttoaineisiin ja jopa suihkupolttoaineisiin. Joitakin näistä molekyyleistä voidaan käyttää myös voiteluaineina, vaikka niillä on monia yhteisiä ominaisuuksia polttoaineiden kanssa.