Fossiele brandstoffen zijn koolstofhoudende verbindingen, die onder hoge druk en temperatuur gedurende miljoenen jaren in de aardkorst zijn gevormd, uit resten van plantaardig en dierlijk leven, vooral in het carboon, maar ook in andere geologische tijdperken. Onder de fossiele brandstoffen vallen de koolwaterstoffen aardolie en aardgas, en verder steenkool en bruinkool. Ook turf, gewonnen uit hoogveen en laagveen, is een product in deze reeks, maar turf heeft nog niet blootgestaan aan de extremen van druk en temperatuur diep in de aardkorst, die tot de vorming van kolen, olie en gas hebben geleid. Naast koolstof bevatten de meeste fossiele brandstoffen ook zwavel.