As fontes renováveis de energia utilizam-se de recursos não esgotáveis, as principais são: a radiação solar, os ventos, a energia hidráulica, a biomassa, o calor geotérmico.
As fontes renováveis de energia são aquelas formas de produção de energia em que suas fontes são capazes de manter-se disponíveis durante um longo prazo, contando com recursos que se regeneram ou que se mantêm ativos permanentemente. (Ondas do mar, ventos, movimento da agua de rios, a luz do sol, entre outros.
A energia solar é aquela energia obtida pela luz do Sol, pode ser captada com painéis solares nas usinas fotovoltaicas e através de receptores nas usinas térmicas, chamadas usinas hipotérmicas. A energia solar recebida pela Terra é cerca de 5 mil vezes maior do que o consumo mundial de eletricidade e energia térmica somados.
Existem diferentes tecnologias que utilizam a energia solar, dentre elas estão: energia fotovoltaica, centrais heliotérmicas e o aquecimento solar. Na geração fotovoltaica, a energia luminosa é convertida diretamente em energia elétrica. Nas usinas heliotérmicas, a geração de energia acontece em dois passos: primeiro, os raios solares aquecem um receptor e, depois, este calor é usado para iniciar o processo convencional da geração de energia elétrica por meio da movimentação de uma turbina. No aquecimento solar, a luz do Sol é utilizada para aquecer a água de casas e prédios, o objetivo aqui não é a geração de energia elétrica. Ex: Aquecedor residencial de água.
Na atualidade utiliza-se a energia eólica para mover aerogeradores - grandes turbinas colocadas em lugares com muito vento. Essas turbinas têm a forma de um catavento ou um moinho que produz com o movimento da hélice um campo magnético na turbina. Esse movimento, através de um gerador, produz energia elétrica. Precisam agrupar-se em parques eólicos, concentrações de aerogeradores, necessários para que a produção de energia se torne rentável, mas podem ser usados isoladamente, para alimentar localidades remotas e distantes da rede de transmissão. É possível ainda a utilização de aerogeradores de baixa tensão quando se trata de requisitos limitados de energia elétrica.
A muitos anos grandes frotas de navios veleiros se moviam pelos oceanos, utilizando o vento como propulsor. Em alguns países ainda existem em funcionamento, grandes moinhos de vento, usados para moer grãos como o trigo e o milho, para fazer farinha.
O Brasil está em 10º lugar na lista de produtores de energia eólica com 8,000 MW. Em 1º lugar está a China com 145,000.
Energia hídrica ou hidráulica
As represas podem ser importantes pois caso a água fosse coletada diretamente de um rio, na medida em que houvesse uma redução da vazão do rio, como em uma época de estiagem, haveria redução da potência gerada. Assim com a formação de um lago, nas épocas de estiagem pode-se usar a água armazenada, e se este for suficientemente grande poderá atender a um período de estiagem de vários meses ou mesmo plurianual.
Energia da biomassa - bioenergia
Na definição de biomassa para a geração de energia excluem-se os tradicionais combustíveis fósseis, embora estes também sejam derivados da vida vegetal (carvão mineral) ou mineral (petróleo e gás natural), mas são resultado de várias transformações que requerem milhões de anos para acontecerem. A biomassa pode ser considerada um recurso natural renovável, enquanto que os combustíveis fósseis não se renovam a curto prazo.
Um dos primeiros empregos da biomassa pelo ser humano para adquirir energia teve início com a utilização do fogo como fonte de calor e luz. O domínio desse recurso natural trouxe à humanidade a possibilidade de exploração dos minerais, minérios e metais, marcando novo período antropológico. A madeira do mesmo modo foi por um longo período de tempo a principal fonte energética. Com ela, a cocção, a siderurgia e a cerâmica foram empreendidas. Óleos de fontes diversas eram utilizados em menor escala. O grande salto da biomassa deu-se com o advento da lenha na siderurgia, no período da Revolução Industrial.
No Brasil existem algumas iniciativas neste setor, sobretudo na seção de transportes. A USGA, éter etílico, óleo de mamona e alguns compostos de álcool como a azulina e a motorina, foram produzidos em substituição à gasolina ou ao Diesel com sucesso, da década de 1920 até os primeiros dias da dezena seguinte; período do colapso decorrente da Primeira Guerra Mundial.
O calor da terra existe numa parte por baixo da superfície do planeta, mas em algumas partes está mais perto da superfície do que outras, o que torna mais fácil a sua utilização. Em certos locais, fazendo furos de apenas 100 metros é possível alcançar calor útil, assim como existem zonas onde contém nascentes de água quente completamente espontâneas. Mas na maior parte do mundo é necessário fazer furos de quilómetros de profundidade para encontrar calor significativo. (Tipicamente na crosta terrestre o calor aumenta 25º a 30º celsius por cada quilómetro de profundidade em direcção ao centro da terra.)
A energia geotérmica tem muitas aplicações práticas, pode servir para aquecer habitações, estufas, piscinas, estufas de agricultura e Centrais geotérmicas para a produção de energia elétrica.
Devido à necessidade de se obter energia elétrica de uma maneira mais limpa e em quantidades cada vez maiores, existe um interesse renovado neste tipo de energia pouco poluente.