Fossila bränslen är naturresurser som skapas av döda organismers långvariga förfall och som förbränns för att producera energi. Denna typ av bränsle kännetecknas vanligtvis av hög kol- och kolvätehalt. Kol, olja och naturgas representerar majoriteten av fossila bränslen som används globalt. Förbränning av fossila bränslen släpper ut en biprodukt av koldioxid i luften, så kallade växthusgaser, som misstänks orsaka stigande yttemperaturer på jorden. Fossila bränslen är en avtagande vara i hög efterfrågan; till exempel kommer mer än 85 % av den energi som används av USA från förbränning av fossila bränslen. Alternativa fossila bränslen är också kolbaserade former av bränsle, men erhålls från olika resurser, såsom oljesand och omvandling av kol till vätska. Alternativa bränslen har samma förmåga att producera energi genom förbränning, men kan vara mer lättillgängliga.
De vanligaste alternativa fossila bränslena kan vara oljesand, även känd som tungolja, och kol-till-vätskor. Tung olja eller oljesand är en blandning av sand, lera och olja. Den genomgår en uppvärmningsprocess, vilket höjer den inre temperaturen tillräckligt högt för att separera blandningens olika komponenter. Raffinaderiet utvinner sedan oljan, allmänt känd inom branschen som lätt råolja. Kol-till-vätska är en flytande process som omvandlar kol till en produkt som liknar lätt råolja. Sydafrika är hem för en av de största kol-till-vätskeraffineringsindustrin i världen och kan driva upp till 30 % av sitt bensinbehov med detta alternativa fossila bränsle. Kol-till-vätskor har den extra fördelen att inte producera lika mycket koldioxid som traditionell olja.
En av fördelarna med alternativa fossila bränslen kan vara sänkta bränslekostnader. En nackdel med fossilt bränsle är att resurserna är begränsade och kräver många tusen år att förnya sig. Globala energikostnader fortsätter att stiga samtidigt som det befintliga utbudet av fossila bränslen stadigt minskar. Alternativa fossila bränslen kan erbjuda nya källor för liknande typer av energi, och är tillgängliga i många länder som kanske inte har interna källor för lätt råolja eller kol. Dessutom kan länder med stora fyndigheter av kol omvandla sina naturresurser till ett kol-till-flytande alternativt fossilt bränsle, vilket kan sänka import- och användningskostnaderna för energi. På samma sätt kan länder som saknar tillgång till lätt råolja men har stora fält med tung olja investera i raffineringsteknik och omvandla den tungoljan till användbar lätt råolja.
Den påverkan som dessa bränslen har på miljön och de höga investeringskostnaderna i förväg som krävs kan utgöra de största nackdelarna med att byta från konventionella till alternativa fossila bränslen. Tung olja och kol-till-vätska släpper ut mellan 20 % och 50 % mer koldioxid i luften under produktionen än vad konventionell olja och kol gör under faktisk användning. Att utvinna och raffinera tung olja kan också utgöra ett föroreningshot mot lokala vattenförsörjningar och kan också ha potential för massiva störningar av befintliga livsmiljöer. Det kräver vanligtvis också en stor ekonomisk investering för att etablera utrustning för att utvinna och raffinera tung olja från naturliga fält för att göra den användbar av olje- och bensindrivna maskiner. Till skillnad från lätt råolja stiger inte tung olja upp från marken i en form som omedelbart kan användas av tillverkarna.