Toate centralele electrice, de la generatoare la fața locului până la furnizorii regionali la scară largă, funcționează în esență prin concentrarea unei energie difuză, mai degrabă decât prin recoltarea acesteia. Adesea, energia din căldură este printre cele mai ușor de concentrat. O centrală electrică pe combustibili fosili creează această căldură prin arderea petrolului, gazelor naturale sau cărbunelui.
Cel mai frecvent, o centrală electrică pe combustibili fosili funcționează prin generarea de abur. Cărbunele, gazul natural sau petrolul sunt arse pentru a încălzi apa și a produce abur. Aburul este apoi forțat peste palele unei turbine, determinând rotirea rotorului atașat. Rotorul care se rotește alimentează un generator, care creează energie electrică care poate fi recoltată. Aceste instalații recuperează de obicei aproximativ o treime din energia termică a combustibilului care arde.
Mai rar, o centrală electrică cu combustibili fosili poate fi alimentată prin arderea directă a combustibilului. În aceste cazuri, aerul cald creat de procesul de ardere învârte turbina. Aceste centrale au avantajul de a fi alimentate mai rapid și mai rapid. Utilizarea redusă a apei ușurează, de asemenea, deteriorarea mediului. În mod negativ, aceste centrale sunt mai puțin eficiente decât unitățile alimentate cu abur.
Cărbunele rămâne alegerea populară pentru o centrală electrică cu combustibili fosili. În Statele Unite, aproximativ 50% din toată energia electrică provine din centralele pe cărbune. Alte țări, cum ar fi Africa de Sud și Polonia, depind și mai mult de cărbune, cu peste 90% din toată puterea provenind din combustibil.
Plantele de cărbune sunt abundente din mai multe motive. În majoritatea zonelor, cărbunele este de departe combustibilul cel mai ușor disponibil. Acest lucru o face adesea și cea mai eficientă opțiune din punct de vedere al costurilor. În plus, centralele pe cărbune au fost cele mai devreme construite, iar cele mai multe sunt încă în funcțiune. Adesea, construirea unei noi fabrici costisitoare pentru a înlocui o instalație încă funcțională nu este fezabilă din punct de vedere economic.
Al doilea ca popularitate printre combustibilii fosili este gazul natural. În anumite zone, gazele naturale sunt aproape la fel de abundente ca și cărbunele și, în medie, sunt comparabile cu costurile. Gazul cântărește mai puțin decât alți combustibili fosili și adesea este mai ușor și mai puțin costisitor de transportat. În situații de urgență, fluxul de gaze naturale poate fi, în general, oprit imediat. În cele din urmă, gazul natural arde mai curat decât petrolul sau cărbunele și, prin urmare, este în mare măsură considerată a fi o alegere mai responsabilă din punct de vedere ecologic pentru reducerea poluării aerului.
O centrală electrică pe bază de combustibili fosili funcționează prin arderea țițeiului. Deși aceste centrale electrice reprezintă mai puțin de 10% din energia electrică produsă în țările nord-americane, ele sunt alegerea naturală pentru zonele în care petrolul este mai abundent. Uneori, centralele electrice la scară foarte mică pot funcționa pe un model cu ardere foarte asemănător cu un motor de mașină. În aceste cazuri, petrolul este cea mai logică alegere.