Energia primară este orice energie care există în mod natural și nu a fost modificată într-o altă formă de către ființele umane. Exemplele de resurse de energie primară includ atât resursele regenerabile, cum ar fi energia eoliană și solară, cât și resursele neregenerabile, cum ar fi combustibilii fosili. Când resursele de energie primară sunt procesate într-o centrală electrică sau altă instalație, ele sunt transformate în „purtători” sau surse secundare de energie. Acestea includ combustibilul și energia electrică. Energia primară este un subiect pertinent pentru analiza statistică a consumului de energie deoarece determină furnizarea de energie disponibilă pentru activitățile umane.
Începând cu 2011, cele mai utilizate surse de energie primară la nivel mondial au fost combustibilii fosili precum petrolul, cărbunele și gazele naturale. Combustibilii fosili produc o cantitate mare de energie proporțională cu greutatea lor unitară, ceea ce îi face în prezent cea mai eficientă alegere pentru producerea de energie. Problemele cu combustibilii fosili includ impactul lor asupra mediului – arderea acestor materiale eliberează o cantitate mare de dioxid de carbon în atmosferă, care nu poate fi absorbită cu ușurință – și faptul că sunt neregenerabile. Substanțe precum cărbunele și petrolul sunt produse de-a lungul a milioane de ani din descompunerea organismelor biologice. Societatea umană folosește combustibili fosili într-un ritm mult mai mare decât pot fi reînnoiți, făcând eventualele lipsuri inevitabile.
Sursele alternative de energie au fost din ce în ce mai explorate ca opțiuni pe măsură ce aprovizionarea cu combustibili fosili scade. Reactoarele nucleare generează energie din uraniu, o resursă de energie primară găsită în mod natural în pământ. Deși centralele nucleare pot genera cantități mari de energie din cantități mici de uraniu, energia nucleară reprezintă încă doar un mic procent din generarea de energie la nivel mondial din cauza pericolelor de mediu și de siguranță, precum și a factorilor politici. De asemenea, uraniul constituie din punct de vedere tehnic o resursă neregenerabilă, deoarece nu este completat în pământ într-un ritm suficient de mare pentru a contracara utilizarea umană.
Energia solară, eoliană și hidroelectrică sunt exemple de tehnologii care se bazează pe surse regenerabile de energie primară – surse de energie care sunt completate în mod constant prin procese naturale. Biomasa este un alt exemplu. Energia de la soare este sechestrată în plante prin fotosinteză, procesul biochimic prin care plantele transformă lumina solară în energie. Când sunt arse, plantele eliberează această energie. Biocarburanții, combustibili solizi sau lichizi rafinați din plante, sunt produse energetice secundare care folosesc acest principiu.
Pe măsură ce sursele de energie primară, cum ar fi combustibilii fosili, devin mai dificil de recoltat din cauza scăderii ofertei, intră în joc un raport cunoscut sub numele de rentabilitatea investiției energetice (EROI). EROI este raportul dintre cantitatea de energie câștigată dintr-o sursă de energie primară și cantitatea de energie cheltuită pentru a o obține. Dacă este nevoie de mai multă energie pentru a obține o resursă decât se poate obține din ea, atunci nu mai este viabil din punct de vedere economic să urmăriți acea resursă, deoarece energia se va pierde în acest proces. Deși EROI a fost criticat pentru simplificarea excesivă a procesului complex de recoltare a energiei, acesta rămâne un factor pentru industrii și guverne în determinarea modului de economisire a consumului de energie și a investiției în diverse surse de energie primară.