能源的家族十分龐大，人們為了深入研究和開發利用各種能源，曾按照不同的分類方法對它們進行排列組合，“對號入座”。
能源、材料和信息被稱為人類社會發展的三大支柱。所謂能源是指提供能量的自然資源。人類的文明始於火的使用，燃燒現象是人類最早的化學實踐之一，燃燒把化學與能源緊密地聯係在一起。人類巧妙地利用化學變化過程中所伴隨的能量變化，創造了五光十色的物質文明。從人類社會的發展曆史進程中可以看到能源品種的不斷開發不斷更替的作用。
煤炭的開采始於13世紀，而大規模開采並使其成為世界的主要能源則是18世紀中葉的事了。1769年，瓦特發明蒸汽機，煤炭作為蒸汽機的動力之源而受到關注。第一次產業革命期間，冶金工業、機械工業、交通運輸業、化學工業等的發展，使煤炭的需求量與日俱增，直至20世紀40年代末，在世界能源消費中煤炭仍占首位。
煤是發熱量很高的一種固體燃料。它的主要成分是碳（C），還有一定量的氫（H）和少量的氧（O）、氮（N）、硫（S）和磷（P）等。煤是既含有機物也含無機物的複雜混合物。煤可以直接當燃料使用，但從物盡其用的角度來看，應多提倡煤的綜合利用。例如煤經過幹餾（隔絕空氣情況下強熱），可以分別得到焦炭、煤焦油和焦爐氣。焦炭可以供煉鐵用；煤焦油可提取苯、萘、酚等多種化工原料；從焦爐氣中也可提取一定量的化工原料，也可直接作為氣體燃料，其汙染性遠低於直接燒煤。
煤炭的利用使人類獲得了更高的溫度，推動了金屬冶煉技術的發展，工業革命後100多年生產力的發展促進了人類近代社會的進步。
第二次世界大戰之後，在美國、中東、北非等地區相繼發現了大油田及伴生的天然氣，每噸原油產生的熱量比每噸煤高一倍。石油煉製得到的汽油、柴油等是汽車、飛機用的內燃機燃料。世界各國紛紛投資石油的勘探和煉製，新技術和新工藝不斷湧現，石油產品的成本大幅度降低，發達國家的石油消費量猛增。
原子由帶正電荷的原子核和核外帶負電荷的電子組成。普通化學反應的熱效應來源於外層電子重排時鍵能的變化，而原子核及內層電子並沒有變化。另外還有一類反應的熱效應卻來源於原子核的變化，這類反應叫核反應。核反應可分為核衰變、核裂變和核聚變三大類。1g鐳（Ra）在衰變過程中釋放的能量是1g鐳和足量氯氣（Cl2）起反應生成RaCl2時所釋放能量的50萬倍。1g鈾-235（23592U）發生裂變時釋放能量為8×107kJ，1g氘（21H）發生聚變時釋放的能量是6×108kJ。而1g煤完全燃燒時釋放的能量僅為30kJ。核反應過程中由於原子核的變化，而伴隨著巨大的能量變化，所以核能也叫原子能。認識核反應和研究核能的利用就成為處理能源問題時必須考慮的一個方麵。
電能是現代社會生活的必需品，電能是最重要的二次能源，大部分的煤和石油製品作為一次能源用於發電。煤或油在燃燒過程中釋放能量，加熱蒸汽，推動電機發電。煤（或油）燃燒過程就是它和氧氣發生化學變化的過程，所以“燃煤發電”實質是化學能機械能電能的過程，這種過程通常要靠火力發電廠的汽輪機和發電機來完成。另外一種把化學能直接轉化為電能的裝置，統稱化學電池或化學電源。如收音機、手電筒、照相機上用的幹電池，汽車發動機用的蓄電池，鍾表上用的鈕扣電池等都是小巧玲瓏攜帶方便的日常用品。那麼哪些化學體係可以設計成為實用的電池呢？