Bahan bakar fosil adalah sumber daya alam yang diciptakan oleh pembusukan organisme mati jangka panjang dan dibakar untuk menghasilkan energi. Jenis bahan bakar ini biasanya dicirikan oleh kandungan karbon dan hidrokarbon yang tinggi. Batubara, minyak, dan gas alam mewakili mayoritas bahan bakar fosil yang digunakan secara global. Pembakaran bahan bakar fosil melepaskan bi-produk karbon dioksida ke udara, yang dikenal sebagai gas rumah kaca, yang diduga menyebabkan kenaikan suhu permukaan di Bumi. Bahan bakar fosil adalah komoditas yang permintaannya semakin berkurang; misalnya, lebih dari 85% energi yang digunakan oleh Amerika Serikat berasal dari pembakaran bahan bakar fosil. Bahan bakar fosil alternatif juga merupakan bentuk bahan bakar berbasis karbon, tetapi diperoleh dari sumber daya yang berbeda, seperti pasir minyak dan mengubah batubara menjadi cair. Bahan bakar alternatif memiliki kemampuan yang sama untuk menghasilkan energi melalui pembakaran, tetapi mungkin lebih mudah tersedia.
Bahan bakar fosil alternatif yang paling umum mungkin pasir minyak, juga dikenal sebagai minyak berat, dan batubara-cair. Minyak berat atau oil sands adalah campuran dari pasir, tanah liat, dan minyak. Itu mengalami proses pemanasan, menaikkan suhu internal cukup tinggi untuk memisahkan komponen campuran yang berbeda. Kilang kemudian mengekstraksi minyak, yang biasa dikenal di industri sebagai minyak mentah ringan. Batubara-menjadi-cair adalah proses pencairan yang mengubah batubara menjadi produk yang serupa digunakan untuk minyak mentah ringan. Afrika Selatan adalah rumah bagi salah satu industri penyulingan batu bara menjadi cair terbesar di dunia dan dapat mengisi bahan bakar hingga 30% dari kebutuhan bensinnya menggunakan bahan bakar fosil alternatif ini. Batubara-ke-cair memiliki manfaat tambahan karena tidak menghasilkan karbon dioksida sebanyak minyak tradisional.
Salah satu manfaat bahan bakar fosil alternatif adalah dapat menurunkan biaya bahan bakar. Kerugian dari bahan bakar fosil adalah bahwa sumber dayanya terbatas dan membutuhkan ribuan tahun untuk regenerasi. Biaya energi global terus meningkat sementara pasokan bahan bakar fosil yang ada terus menurun. Bahan bakar fosil alternatif mungkin menawarkan sumber baru untuk jenis energi yang serupa, dan tersedia di banyak negara yang mungkin tidak memiliki sumber internal untuk minyak mentah ringan atau batu bara. Selain itu, negara-negara dengan cadangan batu bara yang tinggi dapat mengubah sumber daya alam mereka menjadi bahan bakar fosil alternatif batu bara menjadi cair, yang dapat menurunkan biaya impor dan penggunaan energi. Demikian pula, negara-negara yang tidak memiliki akses ke minyak mentah ringan tetapi memiliki ladang minyak berat yang luas dapat berinvestasi dalam teknologi pemurnian dan mengubah minyak berat itu menjadi minyak mentah ringan yang dapat digunakan.
Dampak bahan bakar ini terhadap lingkungan dan tingginya biaya investasi di muka yang diperlukan mungkin merupakan kerugian terbesar untuk beralih dari bahan bakar fosil konvensional ke alternatif. Minyak berat dan batu bara-ke-cair melepaskan antara 20% dan 50% lebih banyak karbon dioksida ke udara selama produksi daripada minyak dan batu bara konvensional selama penggunaan sebenarnya. Ekstraksi dan pemurnian minyak berat juga dapat menimbulkan ancaman kontaminasi terhadap pasokan air lokal dan mungkin juga berpotensi mengganggu habitat yang ada secara besar-besaran. Ini juga biasanya membutuhkan investasi keuangan yang besar untuk membangun peralatan untuk mengekstrak dan memurnikan minyak berat dari ladang alami agar dapat digunakan oleh mesin bertenaga minyak dan bensin. Tidak seperti minyak mentah ringan, minyak berat tidak naik dari tanah dalam bentuk yang langsung dapat digunakan oleh produsen.