化石燃料也叫礦物燃料。到目前為止，世界各國所用的燃料幾乎都是化石燃料，即石油、天然氣和煤。自然界經歷幾百萬年逐漸形成的化石燃料，可能在幾百年內全部被人類耗盡。據觀察、研究表明，今天在地下已沒有煤和石油在形成。石油也叫原油，它是黃色到黑色的可燃性粘稠液體，常跟天然氣共存，是很復雜的混合物。石油的性質因產地不同而不同，密度、粘度和凝固點的差別很大，例如，凝固點有的高達30℃，有的低到-66℃。熱值從43.7～46.2MJ／kg。石油中各組分的沸點差別也很大，從25℃～500℃以上。石油里的主要元素是碳和氫，分別占83～87％和11～14％。此外還含有少量的硫（0.06～8％）、氮（0.02～1.7％）、氧（0.08～1.8％）以及微量金屬元素（鎳、釩、鐵、銅）等。
天然氣從廣義上講，指埋藏在地層中自然形成的氣體的總稱。但通常所指的天然氣只指貯藏在地層較深部的可燃性氣體（氣態的化石燃料）和跟石油共存的氣體（常稱油田伴生氣）。天然氣的主要成分是甲烷。此外，根據不同的地質條件，還含有不同數量的乙烷、丙烷、丁烷、戊烷、己烷等低碳烷烴以及二氧化碳、氮氣、氫氣、硫化物等非烴類物質。有的氣田中還含有氦氣。甲烷含量高的天然氣叫干氣，兩個或兩個以上碳原子烷烴含量較高的天然氣稱為濕氣。我國四川自貢盛產天然氣。
煤也叫煤炭，它是埋藏在地下的固態可燃性礦物。煤是一種混合物，沒有單一的分子結構，經過科學家長期研究，已經有煤結構的普通型式介紹。煤的結構里有大量的碳原子環，一些環相互稠合，另一些環鍵合成長鏈。比較常見的有W．H．懷澤的煙煤結構模型，但都還沒有能揭示煤的實質結構。煤中有機質元素主要是碳，其次是氫，還有氧、氮和硫等元素。