A fosszilis energiahordozók az emberiség által leggyakrabban használt nem megújuló energiahordozók. Ezek közé tartozik a szén, a kőolaj, a földgáz, az olajpala, a bitumen, a kátrányhomok és a nehéz olajok, melyek emberi léptékben mérve nem tudnak újratermelődni.
Keletkezésük évmilliók alatt ment végbe elpusztult állati és növényi maradványokból a föld mélyebb rétegeiben. Szilárd, folyékony vagy gáznemű halmazállapotúak, nagy az energiasűrűségük, főként szenet és hidrogént tartalmazó vegyületek.
Kitermelésük és felhasználásuk a második ipari forradalom idején kezdett el hatalmas méreteket ölteni. A több százmillió év alatt keletkezett készleteket rohamosan fogyasztjuk. A kitermelés jelenlegi üteme mellett átlagosan 100 évre elegendő készletünk van. A kőolaj nagyjából 50 évig, a földgáz 60 évig, a szén pedig úgy 110–170 évig tarthat ki.
Hatalmas mértékű szén-dioxid-kibocsátásuk ellenére napjainkban is a legszámottevőbb energiaforrásnak számítanak. Egy átlagos európai polgár energiafogyasztásának például mintegy 77%-a származik fosszilis energiahordozók elégetéséből.
A nem megújuló energiaforrások használata olyan problémákat vet fel, amelyek nem állnak összhangban az emberiség fenntartható fejlődésével. Használatuk az üvegházhatás fokozódása mellett jelentős problémát okoz a lég- és vízszennyezés szempontjából is. Ezért napjaink egyik legnagyobb kihívása az, hogy használatukat globálisan visszaszorítsuk. A szakemberek reményei szerint 2050-re teljesen háttérbe szorulhatnak a fosszilis energiahordozók.