煤炭是壹種化石燃料，由保存在水體和泥沙的生態體系中以前死亡的植物生成，死亡的植物在這種環境中可以使其避免被氧化和生物降解，因此可以把其中的碳固定下來。煤炭是壹種易於燃燒的黑色或黑褐色巖石，它是壹種沈積巖，但並不太堅硬，如褐煤可以被認為是壹種變質巖，因為它形成後曾經遭受過高溫和高壓的影響。煤炭的主要成分是碳和氫，以及少量的其他元素，比較顯著的是硫。煤炭是全球發電業應用得最多的燃料，也是最大的二氧化碳排放源，當然，也是氣候變化和全球變暖的重要元兇。就二氧化碳的排放而言，煤炭的排放量略高於石油，約為天然氣的壹倍。煤炭采自地下的煤礦，既可深入地下開采也可以開放式礦坑（露天開采）進行開采。
燃煤發電站
煤炭主要用作發電的固體燃料，通過燃燒產生熱量。全球每年的煤炭消耗量資料來源：《WER》，2006；維基百科，2007。約為62億噸，其中約75%用於發電。2007年，中國的煤產量為28.5億噸，印度的煤產量約為5.367億噸，中國電力中的68.7%來源於煤炭發電。美國每年消耗10.53億噸煤炭，其中90%用於發電。2007年，全球煤炭總產量為68.1億噸。在用煤炭發電時，首先要將煤炭碎成粉末，然後在鍋爐內燃燒。爐子內所產生的熱量將鍋爐裏的水加熱成為蒸汽，接著用其驅動渦輪發電機產生電力。在過去的幾年中，這壹過程的熱動力效率已經得到了較大的提高。標準的蒸汽渦輪機的技術遠未達到令人滿意的程度。在上述過程中，熱動力效率才達到35%，這意味著所燃燒的煤炭有65%的熱量被排放到周圍的環境中——被白白地浪費掉了。老式的燃煤發電站的熱動力效率更低，被浪費掉的熱能也更高。
從理論上講，溫度與壓力的增加可能會獲得更高的熱動力效率，因此超臨界渦輪機概念的出現展現了壹種熱動力效率可達46%的極高溫的鍋爐。利用煤炭的另壹種有效方式是組合循環式發電機，即熱電聯供，以及壹種MHD頂級循環式發電機。全球大約40%的電力是由燃煤產生的。用已有的技術可以開采出的這種沈積巖（煤炭）的總量可供以目前的消費水平使用300年以上，包括汙染大、能量強度低的煤炭種類（如褐煤和瀝青煤），而在幾十年內，全球的煤炭生產就會達到最大值。
用煤炭發電的壹種更具能量效率的方式是使用壹氧化物燃料電池或熔融的碳酸鹽燃料電池（或任何氧離子轉換基電池，在它們燃燒氧時，這些電池的燃料之間沒有什麽區別）。用這些方式，可以使熱動力效率達到60%～85%（直接發電+廢熱蒸汽渦輪機）。目前，這種燃料電池技術僅僅能利用氣體燃料，而它們對硫中毒十分敏感。在用煤炭獲得大規模商業成功之前，僅靠這種技術是不夠的。隨著氣體燃料研發的進展，有壹種觀點認為，可以用氮氣作為攜帶者輸送煤炭粉末。另壹種觀點認為，用水將煤氣化，在這種方式中，將氧引入電解液燃料壹側可能會降低燃料端的電壓，但也可能極大地簡化碳的回收。