Neobnovljivi izvori energije su izvori energije koji se ne mogu regenerirati niti ponovno proizvesti. To su: ugljen, nafta, prirodni plin i nuklearna energija.
Fosilna goriva
Ugljen, nafta i prirodni plin nazivaju se fosilna goriva. Samo ime fosilna goriva govori o njihovom nastanku. Prije mnogo milijuna godina ostaci biljaka i životinja počeli su se taložiti na dno oceana ili na tlo. S vremenom je te ostatke prekrio sloj blata, mulja i pijeska. U tim uvjetima razvijale su se ogromne temperature i veliki pritisci, a to su idealni uvjeti za pretvorbu ostataka biljaka i životinja u fosilna goriva. Glavni izvor energije fosilnih goriva je ugljik, pa njihovim sagorijevanjem u atmosferu odlazi puno ugljikovog dioksida. To je glavni problem iskorištavanja fosilnih goriva gledano s ekološkog aspekta.
Ugljen
Ugljen je nastao od davnih biljaka prije 300 milijuna godina. Goleme biljke su se taložile u močvarama i milijunima godina preko tih ostataka se taložilo blato koje je stvaralo veliku toplinu i pritisak. Danas se ugljen većinom nalazi ispod sloja stijena i blata, a da bi se došlo do njega probijaju se rudnici. Od svih fosilnih goriva ugljena ima najviše, a ima i najdužu povijest upotrebe. Već u 2. i 3. st. stari Rimljani u Engleskoj su koristili ugljen. Godine 1880. ugljen je prvi put upotrebljen za proizvodnju električne energije.
Nafta
Nafta je tamna tekućina koja se najčešće nalazi ispod površine Zemlje ili morskog dna. Nafta se najviše koristi za pokretanje vozila (obično u obliku benzina i drugih derivata) te za dobivanje električne energije u termoelektranama. Također je značajna sirovina za mnoge proizvode (plastika, umjetno gorivo, razni razrjeđivači i ostale kemikalije). Industrija koja se bavi preradom nafte se naziva petrokemijska industrija.
Prirodni plin
Zemni ili prirodni plin je fosilno gorivo koje se najvećim dijelom (85% do 95%) sastoji od metana (CH4), koji je najjednostavniji ugljikovodik bez mirisa i okusa. Zapaljiv je i eksplozivan. Kao fosilno gorivo, prirodni plin ima ograničene zalihe. Procjene su da bi zalihe prirodnog plina, uz današnju razinu iskorištavanja, mogle potrajati još oko sto godina. Plin se upotrebljava u kućanstvu, koristi se kao sredstvo za grijanje, u industriji itd.
Nuklearna energija
Nuklearna ili atomska energija je naziv za energiju koja se oslobađa pri procesima transmutacije atomskih jezgara. U užem smislu pod nuklearnom energijom se smatra primjena kontroliranih nuklearnih reakcija u svrhu pokretanja različitih uređaja. To se najčešće događa u nuklearnim elektranama. Nuklearna energija danas proizvodi 17 % električne energije u svijetu, odnosno 7 % globalne energije. Počela se komercijalno primjenjivati od 1950-ih godina.