Kolme fossiilisten polttoaineiden muotoa - hiili, öljy ja maakaasu - muodostettiin hiili-ajanjakson aikana, mikä saa nimensä hiilestä, joka on yhteinen elementti kaikissa fossiilisissa polttoaineissa. Ne muodostuivat kasvien ja eläinten orgaanisista jäännöksistä, jotka muuttuivat hiileksi, öljyksi tai maakaasuksi altistamalla lämmölle ja maankuoren paineelle miljoonien vuosien ajan. Fossiilisten polttoaineiden orgaaninen juuri selittää hiilen läsnäolon, mutta muut elementit, kuten vety, rikki, typpi ja happi, ovat myös fossiilisten polttoaineiden komponentteja.
Hiili
Penn State University of Earth and Mineral Sciencesin mukaan hiili koostuu hiilestä, vedystä, typestä, rikistä ja hapesta. Kivihiiltä on kolme tyyppiä, joista jokaisella on oma kemiallinen koostumus. Antrasiitissa on eniten hiiltä, kun taas ruskohiilessä on pienintä hiiltä, mutta korkeinta vetyä ja happea. Bitumihiilen pitoisuus on antrasiitin ja ruskohiilen välillä. Kivihiilellä on myös jonkin verran mineraalipitoisuutta, joka on yleensä kvartsi, pyriitti, savimineraalit ja kalsiitti. Turveen jäävät raudan ja sinkin kaltaiset elementit tai hajonneiden kasvien kerrokset, jotka lopulta muodostuvat hiileksi, voivat yhdessä muodostaa nämä mineraalit.
Maakaasu
Kuten kivihiili, maakaasu koostuu hiilestä, vedystä, typestä, rikistä ja hapesta. Sillä ei ole mineraalipitoisuutta kuten hiiltä, ja kovan, mustan aineen sijasta maakaasu on kevyempää kuin ilma, Kalifornian energiatoimikunnan mukaan. Sillä ei ole hajua, etkä näe sitä, ja se löytyy lähellä maanalaista öljyä. Maakaasun hiili- ja vetyelementit yhdistyvät tyypillisesti metaanikaasuksi tai CH4: ksi, joka on helposti syttyvää.
Öljy
Öljy tai maaöljy koostuu myös hiilestä, vedystä, rikistä, hapesta ja typestä, mutta se on nestemäisessä muodossa. Sekä öljyä että maakaasua esiintyy maan alla kivimuodostumien välissä tai huokoisten kivien sisällä, jotka pitävät öljyä. Kun piilevät, merieläimet, kuten kasviplankton, kuolevat ja putoavat merenpohjaan, ne lopulta haudataan sedimentteihin ja kiveen. Suuressa paineessa ja kuumuudessa näistä diatomikerroksista tulee öljyä tai maakaasua. Jos olosuhteet ovat liian kuumia, öljystä tulee todennäköisemmin kaasua. Öljy kaivetaan ja jalostetaan sitten bensiiniksi, kerosiiniksi tai muiksi tuotteiksi.
Palaminen
Palamista tapahtuu, kun fossiilisia polttoaineita poltetaan ja fossiilisten polttoaineiden alkuaineet hapettuvat tai yhdistyvät hapen kanssa. Kun hiili poltetaan, hiili hapettuu muodostaen hiilidioksidia tai CO2: ta. Samoin typestä tulee typpioksidi tai NO2 ja rikistä rikkidioksidi tai SO2. Kivihiilen ja öljyn mineraalipitoisuudesta tulee tuhkaa.