Den kemiska energin i fossila bränslen är relaterad till energi genom förbränningsprocessen. När fossila bränslen förbränns frigör de värmeenergi, som kan användas för att utföra arbete. Denna värmeenergi omvandlas till andra former av energi, såsom mekanisk energi, elektrisk energi eller termisk energi, som sedan kan användas för att driva olika maskiner, fordon och apparater.

Fossila bränslen lagrar energi i form av kemiska bindningar mellan kolatomer och väteatomer. När dessa bindningar bryts under förbränning frigörs den kemiska energin som värmeenergi. Denna värmeenergi kan sedan användas för att driva motorer, generera elektricitet eller ge värme.

Mängden energi som kan erhållas från ett fossilt bränsle beror på dess sammansättning och effektiviteten i förbränningsprocessen. Olika fossila bränslen har olika energitätheter, vilket innebär att de lagrar olika mängder energi per volym- eller massaenhet. Till exempel har kol en högre energitäthet än naturgas, vilket innebär att det kan producera mer energi per volymenhet.

Förbränningsprocessen kan också påverka effektiviteten i energiproduktionen. Ofullständig förbränning, som uppstår när det inte finns tillräckligt med syre för att helt förbränna bränslet, kan resultera i utsläpp av skadliga föroreningar och en förlust av energi. Effektiv förbränning kan å andra sidan maximera mängden energi som frigörs från bränslet samtidigt som produktionen av föroreningar minimeras.