Fossiilinen polttoaine
Fossiiliset polttoaineet ovat polttoaineita, jotka ovat syntyneet muinaisten eliöiden fossiloituessa. Tärkeimmät fossiiliset polttoaineet ovat öljy, kivihiili, maakaasu ja turve (EU, IPCC). Fossiiliset polttoaineet ovat uusiutumattomia luonnonvaroja, tai hyvin hitaasti uusiutuvia, kuten noin 10 000 vuoden ajanjaksolla uusiutuva turve. Fossiilisten polttoaineiden kemiallinen energia on alun perin maapallon alkuaikojen kasvillisuuden keräämää aurinkoenergiaa. Energiantuotanto fossiilisilla polttoaineilla perustuu raaka-aineen polttamiseen, jolloin vapautuu lämpöä. Se on huomattava kasvihuonepäästöjen aiheuttaja.
Ydinvoima
Ydinpolttoaineiksi kelpaavilta aineilta vaaditaan muutamia tekijöitä. Ensinnäkin vain harvat aineet pystyvät ylläpitämään ketjureaktiota eli ovat fissiilejä. Toisaalta taas energiaa saadaan vapautettua ainoastaan raskaista ytimistä, jotka hajoavat keskiraskaiksi ytimiksi. Tämä johtuu siitä, että keskiraskaiden alkuaineiden ytimien sidososuus (ytimen sidosenergia ytimen hiukkasten lukumäärää kohti) on suurempi kuin raskaiden tai keveiden aineiden sidososuus. Sidososuuden kasvaessa vapautuu ytimien rakenneosasten väliltä potentiaalienergiaa. Keveiden aineiden potentiaalienergiaa saadaan vapautettua fuusiolla.