Come il carbone, anche il petrolio e il gas naturale sono fonti di energia sepolte in profondità. Derivano da fossili di organismi marini morti milioni di anni fa, che col tempo si sono sgretolati sotto la pressione enorme di fango e roccia, fino a trasformarsi gradualmente in gas e petrolio. Per raggiungere i giacimenti di gas e di petrolio bisogna scavare pozzi profondi, talvolta nei fondali marini, per superare gli strati rocciosi. Quando il gas o il petrolio grezzo fuoriescono dal suolo, vengono trasportati alle raffinerie. Il petrolio viene raffinato, per ottenere vari tipi di combustibili, come la benzina, il gasolio, il cherosene.

Dalla sua raffinazione derivano tanti altri materiali, come plastica, tessuti, coloranti e farmaci.
In Italia petrolio e gas forniscono circa l'80% dell'energia utilizzata.
Non sono fonti rinnovabili: si calcola che siano rimaste scorte solo per altri 40 anni.

L'inquinamento da idrocarburi può essere prodotto dagli scarichi in mare e nel terreno dei prodotti di scarto della raffinazione.
Ingenti quantità di petrolio sono fuoriusciti da petroliere coinvolte in incidenti di navigazione (collisioni, incagliamenti, incendi, esplosioni, naufragi) ed hanno causato considerevoli danni agli ecosistemi marini e ai litorali.