Fossiele brandstoffen zijn brandstoffen die afkomstig zijn van oude levensvormen die over een lange periode zijn afgebroken. De drie belangrijkste fossiele brandstoffen zijn steenkool, aardolie en aardgas.
Olie en gas zijn koolwaterstoffen (moleculen die alleen waterstof en koolstof bevatten). Steenkool bestaat voornamelijk uit koolstof. Deze brandstoffen worden fossiele brandstoffen genoemd omdat ze uit de grond worden gehaald. Kolenmijnen graven vaste brandstof op; gas- en oliebronnen brengen vloeibare brandstof naar boven. Fossiele brandstoffen werden niet veel gebruikt tot de Middeleeuwen. Met de industriële revolutie werd steenkool de belangrijkste brandstof.

