De chemische energie in fossiele brandstoffen houdt verband met energie via het verbrandingsproces. Wanneer fossiele brandstoffen worden verbrand, komt er warmte-energie vrij, die kan worden gebruikt om arbeid te verrichten. Deze warmte-energie wordt omgezet in andere vormen van energie, zoals mechanische energie, elektrische energie of thermische energie, die vervolgens kunnen worden gebruikt om verschillende machines, voertuigen en apparaten van stroom te voorzien.

Fossiele brandstoffen slaan energie op in de vorm van chemische bindingen tussen koolstofatomen en waterstofatomen. Wanneer deze bindingen tijdens de verbranding worden verbroken, komt de chemische energie vrij als warmte-energie. Deze warmte-energie kan vervolgens worden gebruikt om motoren aan te drijven, elektriciteit op te wekken of warmte te leveren.

De hoeveelheid energie die uit een fossiele brandstof kan worden gehaald, is afhankelijk van de samenstelling en de efficiëntie van het verbrandingsproces. Verschillende fossiele brandstoffen hebben verschillende energiedichtheden, wat betekent dat ze verschillende hoeveelheden energie per volume- of massa-eenheid opslaan. Steenkool heeft bijvoorbeeld een hogere energiedichtheid dan aardgas, wat betekent dat het meer energie per volume-eenheid kan produceren.

Het verbrandingsproces kan ook de efficiëntie van de energieproductie beïnvloeden. Onvolledige verbranding, die optreedt wanneer er niet genoeg zuurstof aanwezig is om de brandstof volledig te verbranden, kan resulteren in het vrijkomen van schadelijke verontreinigende stoffen en energieverlies. Efficiënte verbranding kan daarentegen de hoeveelheid energie die vrijkomt uit de brandstof maximaliseren en tegelijkertijd de productie van verontreinigende stoffen minimaliseren.