煤炭是一种化石燃料，由保存在水体和泥沙的生态体系中以前死亡的植物生成，死亡的植物在这种环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来。煤炭是一种易于燃烧的黑色或黑褐色岩石，它是一种沉积岩，但并不太坚硬，如褐煤可以被认为是一种变质岩，因为它形成后曾经遭受过高温和高压的影响。煤炭的主要成分是碳和氢，以及少量的其他元素，比较显著的是硫。煤炭是全球发电业应用得最多的燃料，也是最大的二氧化碳排放源，当然，也是气候变化和全球变暖的重要元凶。就二氧化碳的排放而言，煤炭的排放量略高于石油，约为天然气的一倍。煤炭采自地下的煤矿，既可深入地下开采也可以开放式矿坑（露天开采）进行开采。
燃煤发电站
煤炭主要用作发电的固体燃料，通过燃烧产生热量。全球每年的煤炭消耗量资料来源：《WER》，2006；维基百科，2007。约为62亿吨，其中约75%用于发电。2007年，中国的煤产量为28.5亿吨，印度的煤产量约为5.367亿吨，中国电力中的68.7%来源于煤炭发电。美国每年消耗10.53亿吨煤炭，其中90%用于发电。2007年，全球煤炭总产量为68.1亿吨。在用煤炭发电时，首先要将煤炭碎成粉末，然后在锅炉内燃烧。炉子内所产生的热量将锅炉里的水加热成为蒸汽，接着用其驱动涡轮发电机产生电力。在过去的几年中，这一过程的热动力效率已经得到了较大的提高。标准的蒸汽涡轮机的技术远未达到令人满意的程度。在上述过程中，热动力效率才达到35%，这意味着所燃烧的煤炭有65%的热量被排放到周围的环境中——被白白地浪费掉了。老式的燃煤发电站的热动力效率更低，被浪费掉的热能也更高。
从理论上讲，温度与压力的增加可能会获得更高的热动力效率，因此超临界涡轮机概念的出现展现了一种热动力效率可达46%的极高温的锅炉。利用煤炭的另一种有效方式是组合循环式发电机，即热电联供，以及一种MHD顶级循环式发电机。全球大约40%的电力是由燃煤产生的。用已有的技术可以开采出的这种沉积岩（煤炭）的总量可供以目前的消费水平使用300年以上，包括污染大、能量强度低的煤炭种类（如褐煤和沥青煤），而在几十年内，全球的煤炭生产就会达到最大值。
用煤炭发电的一种更具能量效率的方式是使用一氧化物燃料电池或熔融的碳酸盐燃料电池（或任何氧离子转换基电池，在它们燃烧氧时，这些电池的燃料之间没有什么区别）。用这些方式，可以使热动力效率达到60%～85%（直接发电+废热蒸汽涡轮机）。目前，这种燃料电池技术仅仅能利用气体燃料，而它们对硫中毒十分敏感。在用煤炭获得大规模商业成功之前，仅靠这种技术是不够的。随着气体燃料研发的进展，有一种观点认为，可以用氮气作为携带者输送煤炭粉末。另一种观点认为，用水将煤气化，在这种方式中，将氧引入电解液燃料一侧可能会降低燃料端的电压，但也可能极大地简化碳的回收。