Paliwa kopalne to pozostałości po organizmach, które przed milionami lat żyły na Ziemi. Głównie z drzew, ale też z innych roślin utworzyły się złoża węgla, gaz ziemny oraz ropa naftowa wykształciły się ze szczątków organizmów zwierzęcych i roślinnych żyjących miliony lat temu w jeziorach i morzach. Gdy obumarły, opadły na dno. Tam częściowo były rozkładane przez bakterie oraz zasypywane przez kolejne warstwy sedymentującego materiału. Znaczną część szczątków przykryły osady gliniaste, które przekształciły się pod wpływem znacznego ciśnienia w tzw. łupek. Temperatura i ciśnienie spowodowały też przekształcenie szczątków organicznych na ropę naftową oraz gaz ziemny (złożony w znacznej mierze z metanu). Ciśnienie wypchnęło ropę i gaz ze skały. Zaczęły one przemieszczać się ku górze przez porowate warstwy skalne. Większa część gazu i ropy została uwięziona pod nieprzepuszczalnymi warstwami. Najbogatsze złoża ropy zalegają na znacznych głębokościach, a ich eksploatacja zaangażowania znacznych nakładów finansowych, co związane jest z prowadzeniem głębokich odwiertów. Wiercenia mające na celu poszukiwania ropy rozpoczęli Chińczycy już ok. 320 p.n.e. nie były one jednak zbyt głębokie. Po raz pierwszy w nowożytnych czasach udany odwiert wykonał Edwin Drake w Pensylwanii (1859r.). Otwór miał głębokość około 30m. Przedsięwzięcie to uznać można za początek historii przemysłu przetwarzania ropy naftowej. Jej złoża zlokalizowane są na każdym z kontynentów, a często także pod powierzchnią dna morskiego, w tzw. szelfach kontynentalnych, niezbyt daleko od brzegu. Niektóre z pól roponośnych są eksploatowane, zaś inne czekają jeszcze na odkrycie. Rezerwy ropy według szacunków wystarczą ludzkości na około 40 lat. Oczywiście jest to tylko przybliżona wartość, która zależna jest głównie od technologii wykorzystywanych zarówno do wydobycia i przeróbki, jak i późniejszego użytkowania produktów powstałych na jej bazie.

Zanim w roku 1970 odkryto złoża ropy pod dnem M. Północnego Wielka Brytania prawie całkowicie była uzależniona od jej importu. Teraz kraj ten jest jednym z największych producentów ropy naftowej na świecie. Największe złoża tego surowca są położone na terytorium krajów Bliskiego Wschodu. Znajduje się tam około 65% znanych człowiekowi rezerw ropy. Z końcem lat 80-tych ubiegłego stulecia na terenie Kuwejtu, Iranu, Iraku oraz Zjednoczonych Emiratów Arabskich znajdowały się złożą ropy, które zakładając poziom wydobycia z roku 1988 wystarczyłyby na następne 100 lat. Tylko Arabia Saudyjska, posiadająca 25% ze światowych zasobów ropy, miała ponoć rezerwy na 90 kolejnych lat, zaś dzięki wykryciu nowych złóż w roku 1990 ten czas uległ przedłużeniu o następne 50 lat.

W końcu lat 80-tych ubiegłego stulecia ZSRR był czołowym wydobywcą i producentem ropy. Dostarczał on wtedy ok. 18% jej całkowitego światowego wydobycia. Spośród 15 republik udział największy miały: Rosja, Kazachstan, Kirgizja, Azerbejdżan, Turkmenia, Tadżykistan, Ukraina oraz Uzbekistan. USA, zajmujące drugie miejsce, razem z Kanadą dostarczyły w roku 1990 16% światowej ropy. Kolejne miejsca przypadały Arabii Saudyjskiej, Iranowi, Meksykowi, Chinom, Wenezueli, Wielkiej Brytanii oraz Irakowi. Poziom wydobycia zależny jest od wysokości popytu na ropę na rynkach światowych, np. w wyniku recesji na początku lat 90-tych ubiegłego doszło do spadku zapotrzebowania, a w związku z tym też wydobycia ropy naftowej. W Polsce złoża tego surowca są od lat eksploatowane we fliszowej części Karpat, a pewne jego ilości uzyskano w przeszłości z zapadliska przedkarpackiego oraz z terenu Ziemi Lubuskiej.

W pierwszej połowie wieku XIX ropa naftowa nie miała zbyt wielu zastosowań. W roku 1853 Polak, Ignacy Łukasiewicz, skonstruował pierwszą lampę naftową i opracował metodę pozwalającą na otrzymywanie nafty. Rok później w Bóbrce koło Krosna uruchomił on pierwszy na świecie zakład wydobywający ropę naftową. Wydobycie tego surowca znacznie wzrosło pod koniec XIX w. Wtedy ropa stała się surowcem wykorzystywanym do wytwarzania paliw. Z ropy naftowej otrzymuje się wiele substancji w procesie zwanym destylacją frakcyjnej (rektyfikacji). W czasie tego procesu ogrzewa się ropę naftową, zaś ulatniające się z niej pary rozdzielane są według temperatury wrzenia, a następnie skraplane w oddzielnych zbiornikach. Powstałe produkty są zwane destylatami. Na ich bazie otrzymywane są tworzywa sztuczne, gumy, chemikalia, detergenty, środki owadobójcze i znieczulające, materiały wybuchowe, sztuczny jedwab, kosmetyki, woski, guma do żucia, barwniki, kleje, konserwanty, lekarstwa i farby.

Zasoby ropy z pewnością za kilkadziesiąt lat ulegną wyczerpaniu, szczególnie, że proces powstawania ropy naftowej jest bardzo powolny. Z tego względu należy już teraz szukać innych źródeł energii. A do czasu ich znalezienia należy bardzo oszczędnie i racjonalnie gospodarować tymi zasobami ropy naftowej, które jeszcze pozostały.

Węgiel należy do najbardziej niezwykłych pierwiastków kuli ziemskiej. Jest to w postaci kopalnej skała o pochodzeniu organicznym, co oznacza, że powstała ona ze szczątków żywych organizmów. Jako jedyna skała w procesie spalania produkuje tak duże ilości ciepła.

Złoża węgla w większości formowały się 360 - 286 mln lat temu. Dlatego właśnie ten okres geologiczny nazwany został karbonem. Węgiel powstawał na obszarach bagnistych, które porastały wilgotne tropikalne lasy. W tamtym okresie drzewa jedynie w niewielkim stopniu przypominały te, które rosną współcześnie. Były to głównie drzewiaste skrzypy, paprocie i widłaki. Szczątki roślin obumarłych opadały i były deponowane w dużych ilościach na dnie lagun lub bagnistych jeziorzysk. Tam, z powodu niewielkiego dostępu tlenu oraz braku odpowiednich bakterii, szczątki te rozkładały się niezwykle wolno. Początkowo ze szczątków roślinnych tworzył się torf. Gdy teren bagienny zapełniał się substancją roślinną dochodziło do osadzania się na powierzchni złóż torfu warstwy mułu i piasku. Następnie teren na którym znajdowały się zasypane złoża torfu obniżał się i zalewany był przez wody jeziorne lub morskie ponownie. Dzięki temu następowała ponowna akumulacja materii roślinnej. Ten cykl wielokrotnie się powtarzał i dlatego mówi się, że węgiel powstał na skutek działania procesu sedymentacji cyklicznej. To ona doprowadziła do powstania wielu pokładów węgla oddzielonych skałami osadowymi. Grubość ich grubość znacznie się różni w różnych miejscach i może wynosić kilka milimetrów lub nawet kilka metrów.

Węgiel to najczęściej występujący surowiec energetyczny pochodzenia organicznego. Według obliczeń specjalistów przy obecnie istniejącym zużyciu węgla kamiennego znane ludziom zasoby tego surowca powinny ulec wyczerpaniu za około 200 lat. Szacuje się jednocześnie, że Ziemia kryje jeszcze w swoim wnętrzu piętnastokrotnie większe zasoby od poznanych dotychczas. Spośród dostępnych obecnie zasobów większość znajduje się w trzech krajach - w USA (30%), w Rosji oraz byłych radzieckich republikach (25%), a także w Chinach (10%). Do krajów wydobywających najwięcej węgla zaliczane są także Australia, Kanada, Niemcy, RPA, Indie, Polska, oraz Wielka Brytania. W Ameryce Pd. węgiel wydobywany jest w następujących krajach - w Brazylii, Argentynie, Chile oraz w Kolumbii. Złoża te są bardzo trudne w eksploatacji, gdyż w większości znajdują się bardzo głęboko pod powierzchnią Ziemi, na obszarach gęsto porośniętych przez wilgotne lasy tropikalne. Wśród 52 afrykańskich krajów, jedynie 8 wydobywa węgiel. Największy poziom eksploatacji występuje w Zimbabwe i RPA, reszta jest wydobywana w Maroku, Mozambiku, Algierii, Nigerii, Zairze i Tanzanii.

Koks to produkt procesu suchej destylacji węgla zwanej inaczej koksowaniem. Proces ten polega m.in. na wyprażaniu węgla w atmosferze beztlenowej, dzięki czemu usuwane są z niego gaz i smoła. Powstający gaz koksowniczy to cenne, wysokokaloryczne paliwo. Kolejnym cennym surowcem powstającym w tym procesie jest smoła. Jest w niej zawartych ponad 200 zw. Chemicznych. Każdy z nich ma znaczenie w licznych procesach technologicznych, m.in. w produkcji aromatów, tworzyw sztucznych, mydeł, lekarstw, tłuszczów, środków owadobójczych, barwników, rozpuszczalników, materiałów wybuchowych i innych.

Skażenie atmosfery często widoczne jest gołym okiem. Widok dymu wydobywającego się z kominów czy rur wydechowych nie jest obcy żadnemu mieszkańcowi miasta. Dym ten stanowi mieszaninę wielu substancji chemicznych. Pod wpływem promieni słonecznych toksyczność tego dymu rośnie, w wyniku czego dochodzi do powstawania smogu, który posiada nieprzyjemny zapach, powodujący łzawienie i jest szkodliwy dla zdrowia. Słynna mgłą londyńska niegdyś była między innymi związana z efektem smogu. Ogrzewanie dużego miasta za pomocą mnóstwa niewielkich piecyków węglowych powodowało zimą bardzo dużą emisję dymu. Przy niesprzyjających warunkach pogodowych powstający dym zalegał tygodniami nad miastem. Smog występuje w niektórych obszarach Zagłębia Ruhry w Niemczech czy też na terenie Górnego Śląska i w północnych Czechach.Jest on też spotykany we wszystkich większych miastach, które mają opalane piecem kamienice na starówkach oraz niekorzystne położenie geograficzne (leżą na obszarze obniżeń terenu) czy pogodowe (brak wiatrów wywiewających zanieczyszczenia). Efekt zanieczyszczenia atmosfery to głównie wzrost liczby przypadków astmy i bronchitu. Związki chemiczne, które powodują skażenia atmosfery przedostają się do łańcucha pokarmowego, ponieważ zawiera je spożywana żywność. Najczęściej pojawia się w niej ołów, który nawet w ilościach śladowych ma niekorzystny wpływ na ludzki układ nerwowy. Ołów emitowany był w dużych ilościach do atmosfery, gdy do benzyny dodawano czteroetylku ołowiu w celu zwiększenia jej odporności na tzw. spalanie ekspozycyjne. Obecnie benzyna z dodatkiem ołowiu w wielu krajach została wycofana z użycia. Zostały także wprowadzone normy, które regulują maksymalną emisję spalin. W autach obowiązkowo montowane są katalizatory, w których tlenki azotu i węgla utleniane są do związków mniej szkodliwych. Lokalne władze stosują też często system monitoringu najważniejszych skażeń, co pozwala na ocenę zagrożenia zdrowia i walkę o czyste środowisko.

Inny problem to katastrofy tankowców. Powodują one bardzo poważne szkody, skażając setki kilometrów plaż, a także dużych obszarów akwenów morskich. W skutek tego typu wypadków może dojść do wymarcia jakiegoś gatunku lub do poważnego ograniczenia liczebności populacji. Tendencja taka utrzymuje się przeważnie przez bardzo długi czas po katastrofie i ma ujemny wpływ na działanie łańcuchów pokarmowych. Skażenie morskich wód ropą naftową zdarza się także podczas czyszczenia tankowców oraz w czasie wypadków na platformach wiertniczych. Kiedyś podczas usuwania skutków wycieków ropy powszechnie używano dużych ilości detergentów, które powodują rozbicie powstającej na wodzie oleistej powłoki. Według obecnego stanu wiedzy podobne postępowanie może zwiększać szkody wyrządzone przez wyciek ropy i dlatego też czasem pozwala się, aby ropa w naturalny sposób uległa neutralizacji.