Il faut rappeler que, dans la nature, le carbone se retrouve sous deux formes :
- le carbone organique, produit par des organismes vivants et lié à d’autres carbones ou à des éléments (H, N, P) pour former des molécules organiques,
- le carbone inorganique, associé à des composés inorganiques, c’est-à-dire, des composés qui ne sont pas et n’ont pas été vivants et qui ne contiennent pas de liaison C-C ou C-H, comme par exemple le carbone du CO₂ atmosphérique ou celui des calcaires CaCO₃.

L’expression "carbone fossile" désigne l’ensemble des matières organiques (végétales ou animales) dont les restes ont été transformés et dégradés durant des millions d’années.

L’élément carbone ainsi capturé au cours du temps existe sous différentes formes dans la croûte terrestre :
- les agents énergétiques fossiles tels que le pétrole, le gaz naturel, le charbon, les sables pétrolifères et schistes bitumineux, les hydrates de méthane),
- les roches sédimentaires.

Les réserves de carbone fossile ne sont pas renouvelables car elles ne peuvent plus être créées. Depuis la révolution industrielle, les énergies fossiles sont les éléments principaux et indispensables aux développements économiques et industriels (85 % de l’énergie mondiale commercialisée est d’origine fossile) et leurs gisements s’épuisent quotidiennement. L’évolution de l’offre et de la demande en agents énergétiques fossiles est difficile à quantifier mais plusieurs hypothèses sont avancées.
Ainsi, en considérant une consommation stable en énergie fossile, les réserves de pétrole suffiraient pendant encore 40 à 50 ans, celles de gaz naturel pendant 70 ans et celles de charbon pendant 200 ans.
Mais ces chiffres ne tiennent pas compte de la forte croissance économique initiée par des pays comme la Chine et l’Inde qui entraîne un accroissement régulier de la demande énergétique mondiale.

En plus de son caractère limité, le carbone fossile a un inconvénient majeur, fortement décrié depuis plusieurs décennies : les énergies fossiles posent des problèmes environnementaux tels que l’effet de serre, le smog, les pluies acides...

Certains préconisent de rendre la consommation d’hydrocarbures moins dommageable pour l’environnement, en récupérant, par exemple, le gaz carbonique issu de la combustion (séquestration du CO₂) et en optimisant le fonctionnement des procédés de combustion pour réduire les émissions dangereuses. En parallèle, le remplacement progressif des combustibles fossiles par des énergies renouvelables devra s’intensifier.