Termi vaihtoehtoiset polttoaineet koskevat yleensä autojen polttoaineita, jotka eivät ole diesel- tai bensiinipolttoaineita. Tätä termiä kutsutaan myös vaihtoehtoisiksi polttoaineiksi. Koska maailmanlaajuinen huoli bensiinin kestävyydestä polttoaineena, vaihtoehtoisten polttoaineiden tutkimus on lisääntynyt huomattavasti 1970 -luvun jälkeen, vaikka hyvin varhainen työ alalla alkoi jo 1920 -luvulla. Nykyään monenlaisia vaihtoehtoisia polttoaineita käyttäviä ajoneuvoja on saatavana suoraan jälleenmyyjien eristä, ja useampia vaihtoehtoja on saatavana jälkimarkkinoiden muuntosarjoina tietyille ajoneuvoille, jotka mahdollistavat yhden tai useamman vaihtoehtoisen polttoaineen käytön. Samat huolet lämmitysöljyn, maakaasun, propaanin ja sähkön kasvavista kustannuksista kodin lämmitykseen ovat johtaneet monenlaisten uunien leviämiseen, jotka on suunniteltu käyttämään uusiutuvista ja kestävistä luonnonvaroista peräisin olevia vaihtoehtoisia polttoaineita.
Vaihtoehtoisten polttoaineiden tutkimus alkoi 20 -luvulla, ja nykyään on monia vaihtoehtoja tarjolla niille, jotka haluavat ostaa ajoneuvon, joka toimii jollakin näistä vaihtoehtoisista polttoaineista. Yhdysvalloissa yksi näistä polttoaineista on etanoli, alkoholityyppi, joka yleensä valmistetaan maissin käymisestä ja tislauksesta, sekoitetaan usein bensiinin kanssa ja sitä kutsutaan nimellä E85. Muualla maailmassa on saatavana muita sekoituksia, joissa on eri määriä etanolia, kuten gasoholia (E25) tai puhdasta etanolia (E100). Kussakin tapauksessa iso kirjain “E” tarkoittaa etanolia ja luku on etanolin prosenttiosuus seoksessa. Muita orgaanisista lähteistä peräisin olevia alkoholipolttoaineita, kuten butanolia ja metanolia, tuotetaan ja käytetään tietyillä alueilla maailmassa, usein sekoitettuna bensiiniin.
Biodieselpolttoaineet ovat myös peräisin uusiutuvista viljelykasveista ja niitä käytetään dieselmoottoreihin. Biodieselpolttoaineet ovat kemiallisesti lähes identtisiä dieselpolttoaineen kanssa, joka on peräisin raakaöljystä, mutta jalostetaan kasviöljyistä uutetuista öljyistä. Biopolttoaineen raaka -aine, nimeltään biomassa, käy läpi melko monimutkaisen prosessin biodieselpolttoaineen tuottamiseksi, mutta se on hinnaltaan ja laadultaan erittäin kilpailukykyinen perinteisten dieselin lähteiden kanssa ja on usein halvempaa. Dieselmoottorit voidaan myös muuttaa toimimaan yksinkertaisella kasviöljyllä, mukaan lukien ravintolan friteerausöljyjen suodatettu jäteöljy.
Paljon työtä ja tutkimusta on tehty, jotta löydettäisiin tapa tuottaa biopolttoainevaihtoehtoja ja vastaavia perinteisiä polttoaineita käyttämällä luonnossa esiintyviä ja geneettisesti muokattuja leviä. Työ tällä alalla on suhteellisen uutta ja sitä kehitetään edelleen, mutta se on antanut paljon lupausta. Levien on osoitettu pystyvän tuottamaan useita erilaisia polttoaineita, kuten bioalkoholeja, biodieselejä ja jopa biobensiiniä määrinä, jotka voivat olla kaupallisesti kannattavia.
Jotkut muut vaihtoehtoiset polttoaineet, joita harkitaan, ovat vetyä, päästötöntä polttoainetta, koska se tuottaa vain puhdasta vettä poltettaessa. Ammoniakki, vetyperoksidi ja raakaöljyjakeista johdetut uudet fossiiliset polttoaineet, joita aiemmin pidettiin käyttökelvottomina, ovat myös mahdollisia vaihtoehtoisia polttoaineita.
Kuljetuksen, erityisesti asuinrakennusten lämmityksen, sovellusten osalta monia vaihtoehtoisia polttoaineuuneja on tullut saataville viimeisten 50 vuoden aikana. Suurin osa näistä on suunniteltu käyttämään uusiutuvista lähteistä peräisin olevia polttoaineita, kuten puupellettejä, jotka on valmistettu sahanpurusta ja muusta puupohjaisesta jätteestä. Kuivatut maissintähkät ovat toinen mahdollisuus. Tämäntyyppisten uunien päästöt ja tehokkuus vaihtelevat suuresti, mutta ovat yhä suositumpia, koska ne ovat yleensä halvempia käyttää kuin perinteiset fossiiliset polttoaineet tai sähkökäyttöiset yksiköt.