A három fő fosszilis tüzelőanyag - szén, olaj és földgáz - több száz millió évvel ezelőtt keletkezett elhalt szerves anyagokból. Ez alatt a hosszú idő alatt kőzet-, talaj- és vízrétegek borították be a szerves anyagokat, és végül szénné, olajvá vagy gázzá változtatták. Míg az összes fosszilis tüzelőanyag ugyanolyan alapvető módon képződik, mindegyiknek megvan a maga sajátos megjelenése.
Szén
A szén szilárd fekete, kőzetszerű anyag, amely szénből, hidrogénből, nitrogénből, oxigénből és kénből áll. Minél több szén van jelen a szénben, annál nehezebb és annál több energiatartalmat tartalmaz. Az elhalt fák és növények rétegéből képzett szén, az úgynevezett tőzeg, amelyek a mocsarak és az óceánok aljára rakódtak le. A tőzeget homok és agyag borította, amely kiszorította a vizet, a tőzeg pedig évmilliók alatt szénné változott. A szilárd formája mellett a szén folyadékká alakítható, ami lehetővé teszi a szén alkalmazását az olaj alternatívájaként. A folyékony szén más fosszilis tüzelőanyagok helyett történő alkalmazásának előnyei közé tartozik a viszonylag olcsóbb költség, annak hiánya kén és viszonylag alacsony dinitrogén-oxid-kibocsátás, valamint kevesebb beltéri levegővel rendelkező üzemanyag-felhasználás környezetszennyezés.
Olaj
Az olaj a kovaféléknek nevezett tengeri organizmusokból keletkezett, amelyek elhaltak és a tenger fenekére hullottak. Homok és kőzet alá temették őket, és az ezekben az organizmusokban jelen lévő szén a baktériumok bomlása, valamint hatalmas mennyiségű nyomás és hő hatására olajtá vált. A föld elmozdulásával az olaj és a földgáz csapdába esett a kőzet redőiben. A kőolaj folyékony, amely nagyon vastag vagy vékony lehet, és különböző árnyalatokkal rendelkezik a sötétbarnától a feketéig, vagy néha színtelen folyadék is. Az olajfinomítók desztillálják a nyersolaj alkotóelemeit olyan termékekké történő feldolgozás céljából, mint a benzin, a motorolaj és az aszfalt.
Földgáz
A földgáz önmagában szagtalan és láthatatlan. Könnyebb, mint a levegő, és többnyire metángázból vagy CH4-ből áll. Előfordulhat, hogy otthonában földgázt használ, általában a kályhához vagy a fűtőberendezéshez, és hallotta, hogy a gázipari társaság figyelmeztette a földgáz szagára. Mielőtt a földgáz eljutna otthonába, a gázipari vállalat összekeveri a merkaptánnal, hogy a földgáznak jellegzetes, korhadt tojásszerű illata legyen; ez a szag segít észrevenni egy gázszivárgást.
Olajpala
Míg a szén, az olaj és a földgáz a legelterjedtebb és elismert fosszilis üzemanyag, addig az egyéb fosszilis üzemanyagok az olajpala bitumenes anyagokat vagy nehéz fekete olajat tartalmaz, amelyek forrásaként felhasználhatók energia. Az olajpala olyan üledékes kőzet, amely a többi fosszilis tüzelőanyaghoz hasonlóan elhalt szerves anyagból képződött, amely a tavak és tengerek fenekére esett. Az olajpala azért alakult ki ezekben az esetekben, mert a hő és a nyomás nem volt elég nagy szén vagy olaj előállításához. A szilárd olajos anyagokat az olajpala hevítésével, elválasztásával és folyékony formában történő összegyűjtésével vonják ki. Hasonlóképpen a kátrányhomokot, amelyek fekete agyag, homok és bitumen kombinációi, bányásznak, hogy kivonják az olajat az agyagból és a homokból.