Uusiutumattomat luonnonvarat ovat niitä, joita ei voida elvyttää, ja siten niiden määrä on rajallinen. Ne liittyvät läheisesti ei-kestäviin luonnonvaroihin, jotka voidaan elvyttää, mutta ei nopeudella, joka pysyy kulutuksen mukana. Uusiutumattomia luonnonvaroja on monia erilaisia, mukaan lukien fossiiliset polttoaineet, malmi, kasvi- ja eläinlajit,
Fossiilisia polttoaineita kutsutaan usein uusiutumattomiksi luonnonvaroiksi, osittain siksi, että ihmiset ovat niin riippuvaisia niiden käytöstä. Fossiiliset polttoaineet ovat orgaanisia materiaaleja, kuten hiiltä, öljyä ja maakaasua, jotka syntyvät käyttämällä voimakasta lämpöä ja painetta orgaanisiin materiaaleihin tuhansien vuosien ajan. Vaikka maapallo tuottaa edelleen luonnollisesti fossiilisia polttoaineita, nopeus, jolla ihmiset poistavat nämä resurssit käyttöön, ylittää paljon luonnollisen kehityksen. Koska ihmiset eivät voi syntetisoida fossiilisia polttoaineita tuottavia hitaasti eteneviä prosesseja, niitä pidetään uusiutumattomina luonnonvaroina.
Vaikka ydinvoimaa kuvataan usein kestäväksi tai uusiutuvaksi energialähteeksi, se perustuu itse asiassa uusiutumattomiin alkuaineisiin, joita kutsutaan uraaniksi ja plutoniumiksi. Molemmat näistä elementeistä ovat luonnonvaroja, joita ei voida syntetisoida laboratorion luomisen avulla, kuten jalokiviä tai istuttaa uudelleen, kuten puita. Koska ydinvoiman luominen on mahdotonta ilman uraanin ja plutoniumin käyttöä, se ei ole uusiutuva energialähde.
Uusiutumattomat luonnonvarat eivät välttämättä liity vain energiantuotantoon. Kaikki, mikä voidaan käyttää ja jota ei voida korvata, on eräänlainen uusiutumaton luonnonvara. Esimerkiksi ihmislajeja, jotka ovat kuolleet sukupuuttoon, voidaan pitää uusiutumattomana luonnonvarana. Yksi Pohjois -Amerikan lintu, nimeltään Carolina -papukaija, metsästettiin pois olemassaolosta 20 -luvun alkupuolella, himoittu sen kauniista höyhenistä. Tiettyjen puiden ja kasvien käyttö lääkkeinä on ajanut monet lajit ympäri maailmaa sukupuuttoon. Vaikka sekä eläin- että kasvilajeja voidaan uudistaa jalostus- ja metsätalousohjelmilla, joissa näitä ohjelmia ei ole, kokonaiset lajit voivat kadota muutaman lyhyen vuosikymmenen kuluessa.
Uusiutumattomien luonnonvarojen käyttö on kiistanalainen ja monimutkainen kysymys. 21. vuosisadan alussa ihmisyhteiskunta on edelleen suurelta osin riippuvainen liikenteen fossiilisten polttoaineiden resursseista, sähköstä ja lukemattomista muista perusvaatimuksista. Vähenevien resurssien lisääminen on johtanut huutoon uusien käytäntöjen kehittämiseksi, joissa hyödynnetään uusiutuvia energialähteitä, ja asianmukaisia kestävien resurssien hallintaohjelmia. Näistä ponnisteluista huolimatta jotkut asiantuntijat pelkäävät, että muutokset eivät välttämättä tule tarpeeksi pian, mikä johtaa maailmanlaajuiseen kriisiin, kun uusiutumattomat luonnonvarat katoavat.