Wanneer een koolwaterstof wordt verbrand, reageert deze met zuurstof (O2) in de lucht, waarbij kooldioxide (CO2) en water (H2O) worden geproduceerd. De algemene chemische vergelijking voor de verbranding van een koolwaterstof is:

CnHm + (n + m/4)O2 → nCO2 + m/2 H2O

Wanneer methaan (CH4), de eenvoudigste koolwaterstof, bijvoorbeeld wordt verbrand, reageert het met twee moleculen zuurstof om één molecuul kooldioxide en twee moleculen water te produceren:

CH4 + 2O2 → CO2 + 2H2O

De verbranding van koolwaterstoffen is een exotherm proces, wat betekent dat er warmte-energie vrijkomt. Deze warmte-energie maakt koolwaterstofbrandstoffen, zoals benzine en aardgas, nuttig als energiebron.