Primärenergi är vilken energi som helst som finns naturligt och som inte har modifierats till en annan form av människor. Exempel på primära energiresurser inkluderar både förnybara resurser, såsom vind- och solenergi, och icke-förnybara resurser, såsom fossila bränslen. När primära energiresurser bearbetas i ett kraftverk eller annan anläggning omvandlas de till ”bärare” eller sekundära energikällor. Dessa inkluderar bränsle och elektrisk energi. Primärenergi är ett relevant ämne för statistisk analys av energianvändning eftersom den bestämmer tillgången på energi tillgänglig för mänskliga aktiviteter.
Från och med 2011 var de mest använda primära energikällorna i världen fossila bränslen som olja, kol och naturgas. Fossila bränslen producerar en stor mängd energi i proportion till deras enhetsvikt, vilket gör dem för närvarande till det mest effektiva valet för energiproduktion. Problem med fossila bränslen inkluderar deras miljöpåverkan – förbränning av dessa material släpper ut en stor mängd koldioxid i atmosfären, som inte lätt kan absorberas – och det faktum att de inte är förnybara. Ämnen som kol och olja produceras under miljontals år från nedbrytning av biologiska organismer. Det mänskliga samhället använder fossila bränslen i mycket högre takt än vad de kan förnyas, vilket gör en eventuell brist oundviklig.
Alternativa energikällor har alltmer utforskats som alternativ när tillgången på fossila bränslen minskar. Kärnreaktorer genererar kraft från uran, en primär energiresurs som finns naturligt i jorden. Även om kärnkraftverk kan generera stora mängder kraft från små mängder uran, står kärnkraft fortfarande bara för en liten andel av den globala energiproduktionen på grund av miljö- och säkerhetsrisker samt politiska faktorer. Uran utgör också tekniskt sett en icke-förnybar resurs, eftersom den inte fylls på i jorden i tillräckligt hög takt för att motverka mänsklig användning.
Sol-, vind- och vattenkraft är exempel på tekniker som använder förnybara primära energikällor – energikällor som ständigt fylls på av naturliga processer. Biomassa är ett annat exempel. Energi från solen binds i växter genom fotosyntes, den biokemiska process genom vilken växter omvandlar solljus till energi. När de förbränns frigör växter denna energi. Biobränslen, fasta eller flytande bränslen raffinerade från växter, är sekundära energiprodukter som använder sig av denna princip.
Eftersom primära energikällor som fossila bränslen blir svårare att skörda på grund av minskat utbud, kommer ett förhållande som kallas energiavkastning på investeringar (EROI) in i bilden. EROI är förhållandet mellan mängden energi som erhålls från en primär energikälla och mängden energi som går åt för att erhålla den. Om det krävs mer energi för att få fram en resurs än vad som går att vinna på den, så är det inte längre ekonomiskt lönsamt att eftersträva den resursen, eftersom energi går förlorad i processen. Även om EROI har kritiserats för att förenkla den komplexa processen att skörda energi, är det fortfarande en faktor för industrier och regeringar när de avgör hur man kan spara energianvändning och investera i olika primära energikällor.