Fossile Brennstoffe sind Stoffe, die sich auf natürliche Weise in der Erdkruste aus den Überresten abgestorbener Pflanzen und Tiere im Laufe von Jahrtausenden gebildet haben. Sie werden vor allem als Brennstoff abgebaut und verwendet.
Nach Angaben der Vereinten Nationen stammen über 80 % des vom Menschen erzeugten CO₂ aus der Verbrennung fossiler Brennstoffe. Ihr Abbau, ihre Verbrennung und die daraus resultierenden Emissionen in die Luft wirken sich negativ auf den Kohlenstoffkreislauf aus, der in einem ausgeglichenen Zustand die Klimastabilität und eine funktionierende Biosphäre ermöglicht. Zu den fossilen Brennstoffen zählen unter anderem Erdöl, Kohle und Erdgas.