A queima de combustíveis fósseis libera vários produtos químicos nocivos no ar, incluindo monóxido de carbono, óxidos de nitrogênio, óxidos de enxofre e hidrocarbonetos. O monóxido de carbono é um gás incolor e inodoro liberado por emissões de veículos e tem sido associado a vários problemas de saúde, incluindo dores de cabeça, tontura, letargia e náuseas. Os óxidos de nitrogênio combinam-se para formar nuvens de smog e causam problemas pulmonares, incluindo bronquite, pneumonia e outras infecções respiratórias. Os óxidos de enxofre são liberados da queima de carvão e combinam-se com óxidos de nitrogênio para formar chuva ácida. A chuva ácida aumenta o nível de acidez no solo e na água, matando insetos, animais e plantas. Os hidrocarbonetos são liberados por escapamentos de veículos e refino de petróleo. Quando combinados com calor e luz solar, esses poluentes produzem gases de efeito estufa que podem levar a danos pulmonares e diminuição do crescimento de culturas.
O aquecimento global é causado por gases chamados gases de efeito estufa que confinam o calor na atmosfera e aumentam a temperatura média da Terra. O mais substancial desses gases de efeito estufa é o dióxido de carbono, produzido pela queima de combustíveis fósseis, como gasolina. Segundo a Agência de Proteção Ambiental dos EUA, mais de três quartos de nossas emissões de gases de efeito estufa geradas pelo homem são causadas pelo consumo de energia, principalmente na forma de emissões de dióxido de carbono da queima de combustíveis fósseis. Aumentos de temperatura do aquecimento global afetam a mudança climática, causando tempestades mais severas, secas e inundações de áreas costeiras e rios devido ao aumento do nível do mar.
Derramamentos de óleo durante o transporte de combustíveis fósseis são os maiores contribuintes para a poluição da água. Vazamentos podem causar efeitos imediatos resultando na perda de vida animal e vegetal coberta de óleo, além de efeitos de longo prazo em ambientes marinhos, como envenenamento gradual do óleo preso em leitos de riachos. A mineração subterrânea de carvão também causa poluição da água através da liberação de ácidos em cursos d'água que deterioram riachos e rios.
A mineração a céu aberto para carvão envolve a remoção de solo e rocha próximos à superfície da terra. Esta forma de mineração de carvão destrói o crescimento da vegetação, reduz muito a qualidade do solo restante e elimina habitats de vida selvagem.