化石燃料也叫矿物燃料。到目前为止，世界各国所用的燃料几乎都是化石燃料，即石油、天然气和煤。自然界经历几百万年逐渐形成的化石燃料，可能在几百年内全部被人类耗尽。据观察、研究表明，今天在地下已没有煤和石油在形成。石油也叫原油，它是黄色到黑色的可燃性粘稠液体，常跟天然气共存，是很复杂的混合物。石油的性质因产地不同而不同，密度、粘度和凝固点的差别很大，例如，凝固点有的高达30℃，有的低到-66℃。热值从43.7～46.2MJ／kg。石油中各组分的沸点差别也很大，从25℃～500℃以上。石油里的主要元素是碳和氢，分别占83～87％和11～14％。此外还含有少量的硫（0.06～8％）、氮（0.02～1.7％）、氧（0.08～1.8％）以及微量金属元素（镍、钒、铁、铜）等。
天然气从广义上讲，指埋藏在地层中自然形成的气体的总称。但通常所指的天然气只指贮藏在地层较深部的可燃性气体（气态的化石燃料）和跟石油共存的气体（常称油田伴生气）。天然气的主要成分是甲烷。此外，根据不同的地质条件，还含有不同数量的乙烷、丙烷、丁烷、戊烷、己烷等低碳烷烃以及二氧化碳、氮气、氢气、硫化物等非烃类物质。有的气田中还含有氦气。甲烷含量高的天然气叫干气，两个或两个以上碳原子烷烃含量较高的天然气称为湿气。我国四川自贡盛产天然气。
煤也叫煤炭，它是埋藏在地下的固态可燃性矿物。煤是一种混合物，没有单一的分子结构，经过科学家长期研究，已经有煤结构的普通型式介绍。煤的结构里有大量的碳原子环，一些环相互稠合，另一些环键合成长链。比较常见的有W．H．怀泽的烟煤结构模型，但都还没有能揭示煤的实质结构。煤中有机质元素主要是碳，其次是氢，还有氧、氮和硫等元素。