Primäärienergia on mitä tahansa energiaa, joka on olemassa luonnossa ja jota ihmiset eivät ole muuntaneet toiseen muotoon. Esimerkkejä primäärienergialähteistä ovat sekä uusiutuvat luonnonvarat, kuten tuuli- ja aurinkoenergia, että uusiutumattomat luonnonvarat, kuten fossiiliset polttoaineet. Kun primäärienergiavaroja käsitellään voimalaitoksessa tai muussa laitoksessa, ne muunnetaan “kantoaineiksi” tai toissijaisiksi energialähteiksi. Näitä ovat polttoaine ja sähköenergia. Primäärienergia on olennainen aihe energiankäytön tilastollisessa analyysissä, koska se määrää ihmisen toiminnassa käytettävän energian saatavuuden.
Vuodesta 2011 lähtien maailmanlaajuisesti eniten käytetyt primaarienergian lähteet olivat fossiiliset polttoaineet, kuten öljy, kivihiili ja maakaasu. Fossiiliset polttoaineet tuottavat suuren yksikköpainonsa verran energiaa, joten ne ovat tällä hetkellä tehokkain vaihtoehto energiantuotantoon. Fossiilisten polttoaineiden ongelmia ovat ympäristövaikutukset – näiden materiaalien palaminen vapauttaa ilmakehään suuria määriä hiilidioksidia, joka ei voi helposti imeytyä – ja se, että ne eivät ole uusiutuvia. Hiilen ja öljyn kaltaisia aineita syntyy miljoonien vuosien aikana biologisten organismien hajoamisesta. Ihmisyhteiskunta käyttää fossiilisia polttoaineita paljon enemmän kuin niitä voidaan uusiutua, mikä tekee mahdollisista puutteista väistämättömän.
Vaihtoehtoisia energialähteitä on tutkittu vaihtoehtoina yhä enemmän, kun fossiilisten polttoaineiden tarjonta vähenee. Ydinreaktorit tuottavat sähköä uraanista, joka on maapallon luonnossa esiintyvä primäärienergialähde. Vaikka ydinvoimalat voivat tuottaa suuria määriä sähköä pienistä uraanimääristä, ydinvoima muodostaa silti vain pienen osan maailmanlaajuisesta energiantuotannosta ympäristö- ja turvallisuusriskien sekä poliittisten tekijöiden vuoksi. Uraani on myös teknisesti uusiutumaton luonnonvara, koska sitä ei täytetä maapallolla riittävän nopeasti vastustaakseen ihmisten käyttöä.
Aurinko-, tuuli- ja vesivoima ovat esimerkkejä teknologioista, jotka hyödyntävät uusiutuvia primäärienergian lähteitä – energialähteitä, joita täydennetään jatkuvasti luonnollisilla prosesseilla. Biomassa on toinen esimerkki. Auringon energia eristetään kasveissa fotosynteesin kautta, biokemiallisen prosessin kautta, jossa kasvit muuttavat auringonvalon energiaksi. Palaessaan kasvit vapauttavat tämän energian. Biopolttoaineet, kasveista jalostetut kiinteät tai nestemäiset polttoaineet, ovat sekundäärienergiatuotteita, joissa hyödynnetään tätä periaatetta.
Kun primäärienergian lähteitä, kuten fossiilisia polttoaineita, on vaikeampi korjata tarjonnan vähenemisen vuoksi, suhde, joka tunnetaan nimellä sijoitetun pääoman tuotto (EROI), tulee voimaan. EROI on primäärienergialähteestä saadun energian määrän suhde sen saamiseen käytettyyn energiamäärään. Jos resurssin hankkiminen vaatii enemmän energiaa kuin siitä voidaan saada, tämän resurssin käyttäminen ei ole enää taloudellisesti kannattavaa, koska energiaa menetetään prosessissa. Vaikka EROI:ta on arvosteltu monimutkaisen energiankeruuprosessin liiallisesta yksinkertaistamisesta, se on edelleen tekijä teollisuudelle ja hallituksille päätettäessä, kuinka energiankäyttöä voidaan säästää ja investoida erilaisiin primäärienergialähteisiin.