Hiili
Hiiltä ei syntynyt alkuräjähdyksessä, koska sen synty tarvitsee kolmen alfahiukkasen (heliumytimen) törmäyksen, mikä on äärimmäisen epätodennäköistä ja universumi laajeni ja jäähtyi nopeasti. Sitä kuitenkin syntyy tähtien sisuksissa kolmi-alfa-prosessilla.
Kivihiili
Kivihiilen synty pohjautuu hapettomissa oloissa tapahtuneeseen kovan paineen alaisiksi joutuneiden tulvien ja niiden tuomien lietteiden alle kasautuneiden muun muassa rehevien kortepuu-, lieko- ja saniais-prosessiin eli niiden muutoksiin. Tämä tapahtui pääasiassa kivihiilikaudella vallinneella lämpökaudella 350 miljoonaa vuotta sitten. Syntyprosessiin liittyy kosteikkojen pohjalla esiintynyt anaerobinen mikrobitoiminta, joka ajan kuluessa laski kosteuden osuutta materiaalissa kun hiilen pitoisuus samalla kasvoi. Syntyprosessin päävaiheet voi kuvata seuraavasti: