Węglowodory występują w przyrodzie głównie pod postacią złóż węgla, ropy naftowej i gazu ziemnego.

Węgiel kamienny, najbardziej rozpowszechnione paliwo kopalne, znajduje się w złożach położonych zazwyczaj na dużych głębokościach pod powierzchnią ziemi - od kilkunastu metrów do kilku kilometrów, tworzy warstwy o grubości kilku - kilkunastu metrów. Jest wydobywany głównie metodą głębinową, w kopalniach sięgających 2000 - 3000 metrów w głąb ziemi. Wydostawany jest na powierzchnię przez szyby, którymi jednocześnie dostają się na dół górnicy. Największe złoża węgla kamiennego znajdują się w Rosji: Zagłębie Donieckie, Zagłębie Peczorskie, Zagłębie Tunguskie, Zagłębie Leńskie, Zagłębie Zyriańskie i inne. Ponadto duże pokłady węgla posiadają Chiny, USA (rejon gór Appallachów), RPA i Australia. Z krajów europejskich największe zasoby węgla znajdują się w Polsce (około 100 mld ton): Zagłębie Górnośląskie, Zagłębie Dolnośląskie, Zagłębie Lubelskie, Wielkiej Brytanii, Niemczech i Francji. Nasz kraj zajmuje drugie w Europie miejsce pod względem wydobycia węgla kamiennego - 100 - 120 mln ton rocznie. Najwięcej węgla wydobywa się w USA, w krajach byłego ZSRR i w Chinach. Szacuje się, iż zasoby węgla kamiennego starczą na najbliższe 300 - 400 lat.

Inna odmiana węgla, węgiel brunatny, jest również bardzo rozpowszechniony w świecie. Jego złoża są znacznie młodsze niż węgla kamiennego, pochodzą zazwyczaj z okresu Trzeciorzędu, rzadziej z Kredy, Jury i Triasu. Zawiera też procentowo znacznie mniej węgla (65 - 78%) niż węgiel kamienny. Największe złoża węgla brunatnego znajdują się w Niemczech: Nadreńskie Zagłębie Węgla Brunatnego, Saskie Zagłębie Węglowe, Łużyckie Zagłębie Węglowe, w Rosji: Zagłębie Kańsko - Aczyńskie, Podmoskiewskie Zagłębie Węglowe, Rumunii, Czechach: Północnoczeskie Zagłębie Węglowe, USA, Kanadzie, Australii i Indiach. Światowe zasoby tego surowca są szacowane na 524 mld ton (dane z 1994 roku). W Polsce duże pokłady węgla kamiennego znajdują się na obszarach Zagłębia Turoszowskiego, Bełchatowskiego i Konińskiego oraz w okolicach Legnicy na Dolnym Śląsku. Węgiel brunatny, podobnie jak kamienny, jest stosowany jako opał. Jednak ze względu na dużą zawartość siarki (3 - 4%) i słabe spalanie (popielność do 40%) me bardzo zły wpływ na środowisko naturalne. Ponadto z węgla w procesie wytlewania i uwodornienia wytwarza się koks. Węgiel brunatny jest też stosowany jako podłoża w ogrodnictwie (zmniejsza zakwaszenie gleby).

Jednym z najważniejszych paliw kopalnych jest ropa naftowa. Jest to płynna mieszanina węglowodorów, powstała w wyniku rozkładu fauny i flory żyjącej we wczesnych epokach geologicznych. Rozkład następował głęboko pod ziemią, bez dostępu powietrza i pod wpływem olbrzymich ciśnień. Pochodzenie ropy naftowej tłumaczy teoria stworzona przez polskiego chemika - Radziszewskiego.

Skład ropy naftowej, w zależności od miejsca wydobycia, może znacznie się różnić. Rosyjskie ropy składają się głównie z węglowodorów pierścieniowych, natomiast ropa wydobywana w Pennsylwanii zawiera niemal wyłącznie proste węglowodory nasycone. Ponadto, oprócz węglowodorów, w ropie naftowej znajduje się duża ilość innych substancji, takich jak związki tlenu, siarki i azotu. Pokłady ropy zazwyczaj sąsiadują z pokładami gazu ziemnego, zawierającego krótkie, lotne węglowodory (głównie metan).

W postaci bezpośrednio po wydobyciu ropa naftowa jest bezużyteczna. Dlatego, w celu rozdzielenia jej na frakcje różniące się temperaturami wrzenia, poddaje się surową ropę procesowi destylacji frakcjonowanej. Frakcje uzyskane podczas destylacji to:

  • benzyna (40 - 180°C)
  • nafta (180 - 280°C)
  • olej napędowy (280 - 350°C)
  • mazut (powyżej 350°C), służący do otrzymywania olejów smarowych i asfaltu.

Pokłady ropy naftowej znajdują się najczęściej pod dnem morskim na dużych głębokościach, skąd jest wydobywana za pomocą platform wiertniczych: wielkich platform, ustawionych na filarach, z których do samego złoża biegnie trzpień wiertniczy. Część złóż znajduje się na lądzie oraz pod dnem morskich w okolicach przybrzeżnych. Ropa może ze złóż wydostawać się samoczynnie pod wpływem własnego ciśnienia, jednak w wielu przypadkach konieczne jest jej pompowanie za pomocą olbrzymich pomp. Największe złoża położone są na Środkowym Wschodzie, w pobliżu Zatoki Perskiej (około 68% zasobów światowych). Eksploatowane są przez kraje OPEC: Arabię Saudyjską, Iran, Irak i Kuwejt. Duże pokłady znajdują się także w Ameryce Północnej (19%), głównie w Zatoce Meksykańskiej (USA) oraz na Syberii, w krajach byłego ZSRR (8%). Ropa naftowa wydobywana jest również w Polsce, w Zagłębiu Karpackim (Gorlice, Sanok) oraz Pomorskim, a także z dna morskiego w okolicach przylądka Rozewie.

Zasoby ropy naftowej na świecie starczą jeszcze jedynie na kilkadziesiąt lat, pomimo iż część z nich nie została odkryta, a te które zostały odkryte nie są eksploatowane w całości.

Bardzo ważnym, w ostatnich latach szczególnie się rozwijającym, surowcem energetycznym jest gaz ziemny, złożony głównie z lotnych, nasyconych węglowodorów - przede wszystkim metanu (około 95% zawartości) oraz jego najbliższych homologów z szeregu alkanów: etanu, propanu i butanu. Zawiera także pewne ilości azotu i helu.

Gaz ziemny znajduje się w złożach położonych pod ziemią w stanie swobodnym: gazowy lub stałe hydraty węglowodorów, oraz w stanie związanym, rozpuszczony w wodach podziemnych i ropie naftowej. Największe ilości gazu ziemnego wydobywane są ze złoży towarzyszących ropie naftowej, jednak są również złoża gdzie gaz występuje samodzielnie. Ze względu na to, iż gaz pod ziemią jest skupiony pod wysokim ciśnieniem, jego wydobycie nie wymaga użycia pomp - po przewierceniu otworu do złoża i obudowaniu go rurami wypływ gazu następuje samoczynnie. Wydobywany bezpośrednio ze złoża gaz ziemny, przed użyciem go jako paliwa, jest oczyszczany z zawartych w nim związków siarki, głównie siarkowodoru, które po spaleniu tworzą bardzo szkodliwy dla środowiska dwutlenek siarki.

Oprócz tego, iż gaz ziemny jest stosowany jako tanie, ekologiczne i wydajne paliwo, jest również bardzo cennym surowcem chemicznym. Otrzymuje się z niego acetylen (C2H2), wodór oraz czystą sadzę.

Złoża gazu ziemnego znajdują się głównie na terenach Rosji, USA i pod dnem Morza Północnego, a także na wschodnim wybrzeżu Ameryki Północnej i Południowej (Brazylia), pod dnem Oceanu Indyjskiego (Indie) oraz w Australii. W Polsce również znajdują się duże złoża gazu ziemnego, głównie w okolicach Jasła, Lubaczowa, Gorlic, Cieszyna i Sanoka. Według danych z 1995r., głównymi producentami gazu ziemnego są: Rosja (29,1%), USA (25,6%), Kanada (7,2%), Wielka Brytania (3,4%). Polska wydobywa około 0,2% światowej produkcji gazu ziemnego.