Fossile Brennstoffe (von lat. fossilis „ausgrabbar“) sind die derzeit weltweit am meisten eingesetzten Energieträger; hierzu zählen Erdöl, Kohle, Erdgas. Sie stellen keine auf menschlichen Zeitskalen erneuerbaren Energiequellen dar, da es zig bis Hunderte von Millionen Jahren dauert, bis sich aus der Biomasse vergangener Erdzeitalter fossilierte Lagerstätten bilden.
Häufig wird auch der Kernbrennstoff Uran als fossiler Brennstoff bezeichnet, da er ebenfalls bergmännisch gewonnen wird und sich erschöpfte Lagerstätten nicht erneuern können. Hier liegt die Bildung sogar noch länger zurück: Es entstand bei Supernovaexplosionen, die zwischen dem Urknall vor der 13,6 Milliarden Jahren und der Entstehung des Sonnensystems vor 4,6 Milliarden stattgefunden haben.