Les combustibles fossiles sont formés à partir de la matière en décomposition de plantes et d'animaux qui ont été exposés à la chaleur et à la pression sous la croûte terrestre pendant des millions d'années. Ces organismes autrefois vivants sont lentement décomposés en les hydrocarbures qui composent les combustibles fossiles. Les trois combustibles fossiles que l'on trouve sur terre sont le charbon, le pétrole brut et le gaz naturel.
Le charbon est un combustible fossile solide qui s'est formé à partir de la décomposition de la végétation terrestre. La végétation morte a été compactée et chauffée, et au cours de millions d'années, le carbone et l'hydrogène de cette végétation se sont organisés en hydrocarbures à longue chaîne qui libèrent une énorme quantité d'énergie thermique lorsqu'ils sont brûlés. Le charbon se trouve généralement dans les mines profondément sous la surface de la terre.
Le pétrole brut est un combustible fossile liquide formé à partir des restes de petits organismes marins. Il se trouve généralement piégé dans de petits espaces dans les roches et est souvent extrait par forage dans la terre. Le gaz naturel est le combustible fossile gazeux et, comme le pétrole brut, il s'est formé à partir de la décomposition de micro-organismes marins. Il est composé majoritairement de méthane et est obtenu par forage.
Parce qu'il existe des quantités limitées de combustibles fossiles disponibles sur terre, ils sont considérés comme des ressources limitées. Ils sont également considérés comme des ressources non renouvelables, car produire plus de combustibles fossiles prend des centaines de millions d'années et ne peut pas être fait artificiellement.