Polttoaine on materiaalia, joka voi tuottaa lämpöä kulutuksen aikana esimerkiksi polttamalla. Fossiiliset polttoaineet, joita kutsutaan myös mineraalipolttoaineiksi, ovat palavia materiaaleja, jotka ovat orgaanisia ja jotka on saatu elävien olentojen jäännöksistä. Niitä ovat hiili, ruskohiili, maakaasu, turve ja öljy. Näistä luonnonpolttoaineista valmistetaan keinotekoisia polttoaineita, kuten bensiiniä ja kerosiinia. Fossiilisilla polttoaineilla voi olla useita muotoja: metaani on kaasu, öljy neste ja hiili kiinteä aine.
Joitakin fossiilisia polttoaineita kutsutaan hiilipitoisiksi polttoaineiksi, jotka ovat peräisin kasvijätteestä. Hiilipitoinen polttoaine, jolla on alhaisin hiilipitoisuus, on turve, jonka arvioidaan peittävän noin 2% maapallon maaperästä kosteikoilla, jotka tunnetaan eri tavoin soina, soina, nummina, soina ja turvemaina. Polttoaineturve on erilainen kuin maataloudessa käytetty sammalturve.
Ruskohiili on hiilipitoinen polttoaine, jossa on seuraavaksi suurin hiilimäärä. Kutsutaan myös ruskeaksi hiileksi, on ruskehtava tai kellertävä ja siinä on enemmän kosteutta kuin hiilessä. Sitä löytyy Pohjois -Amerikasta ja Saksasta.
Hiilellä, jolla on korkein hiilipitoisuus, on edelleen valikoima viiden lajinsa välillä. Ne ovat kasvavassa järjestyksessä mustaa ruskohiiltä tai subbitumiinista hiiltä, bitumipitoista hiiltä, puolipitoista hiiltä, semiantrasiittia ja antrasiittia. Huomaa, että puolivalkoinen hiili on korkealaatuista bitumihiiltä, kun taas semiantrasiitti on heikkolaatuista antrasiittihiiltä. Näistä antrasiitti on lähes puhdasta hiiltä.
Maakaasu koostuu kaasumaisista hiilivedyistä, jotka on sekoitettu muiden komponenttien kanssa. Sen pääkomponentti on metaani, joka muodostaa 80–95% sen sisällöstä. Muita kaasuja voivat olla butaani, etaani ja propaani. Sitä esiintyy sekä lähellä öljyvarastoja että erikseen.
Raakaöljy tai maaöljy on toinen fossiilisista polttoaineista. Sitä esiintyy maaperän kalliomuodostumissa ja uutetaan käytettäväksi polttoöljynä, bensiininä ja muina tuotteina, kuten vahana, muovien, voiteluaineiden ja rikkihapon valmistuksessa. Saudi -Arabia on sekä yksi maailman suurimmista raakaöljyn tuottajista että viejistä.
Vuonna 2006 maailman energiankulutus oli 86% fossiilisia polttoaineita tai niiden johdannaisia. Tämä sisälsi 36.8% maaöljyä, 26.6% hiiltä ja 22.9% maakaasua. Jäljellä oleva energia toimitettiin ei-fossiilisilla polttoaineilla, kuten vesivoimalla, ydinvoimalla, geotermisellä energialla ja aurinkoenergian, vuorovesi- ja tuulentuotannolla. Maailman energiankulutus kasvaa vuosittain.
Koska käytettävissä on rajallinen määrä fossiilisia polttoaineita, niiden ehtyminen on huolestuttavaa. Toinen huolenaihe on se, että nämä polttoaineet vapauttavat poltettaessa epäpuhtauksia, kuten hiilimonoksidia. Mahdollisuus, että niiden polttaminen edistää maailmanlaajuista ilmastonmuutosta tai ilmaston lämpenemistä, on ollut kiivasta keskustelua.