Όλοι οι σταθμοί ηλεκτροπαραγωγής, από επιτόπιες γεννήτριες έως μεγάλης κλίμακας περιφερειακούς παρόχους, ουσιαστικά λειτουργούν συγκεντρώνοντας μια διάχυτη ενέργεια αντί να την συλλέγουν. Συχνά, η ενέργεια από τη θερμότητα είναι από τις πιο εύκολο να συγκεντρωθεί. Ένας σταθμός παραγωγής ενέργειας ορυκτών καυσίμων δημιουργεί αυτή τη θερμότητα με την καύση πετρελαίου, φυσικού αερίου ή άνθρακα.
Συνηθέστερα, ένας σταθμός παραγωγής ενέργειας ορυκτών καυσίμων λειτουργεί με παραγωγή ατμού. Ο άνθρακας, το φυσικό αέριο ή το πετρέλαιο καίγονται για τη θέρμανση του νερού και την παραγωγή ατμού. Στη συνέχεια, ο ατμός πιέζεται πάνω από τα πτερύγια ενός στροβίλου, προκαλώντας την περιστροφή του συνδεδεμένου ρότορα. Ο περιστρεφόμενος ρότορας τροφοδοτεί μια γεννήτρια, η οποία δημιουργεί ηλεκτρική ενέργεια που μπορεί να συγκομιστεί. Αυτές οι εγκαταστάσεις ανακτούν συνήθως περίπου το ένα τρίτο της θερμικής ενέργειας του καυσίμου που καίγεται.
Πιο σπάνια, ένας σταθμός παραγωγής ενέργειας ορυκτών καυσίμων μπορεί να τροφοδοτηθεί με απευθείας καύση του καυσίμου. Σε αυτές τις περιπτώσεις, ο ζεστός αέρας που δημιουργείται από τη διαδικασία καύσης περιστρέφει τον στρόβιλο. Αυτές οι εγκαταστάσεις έχουν το πλεονέκτημα ότι τροφοδοτούνται πάνω και κάτω πιο γρήγορα. Η μειωμένη χρήση νερού μειώνει επίσης την περιβαλλοντική ζημιά. Αρνητικά, αυτές οι εγκαταστάσεις είναι λιγότερο αποδοτικές από τις μονάδες που κινούνται με ατμό.
Ο άνθρακας παραμένει η δημοφιλής επιλογή για έναν σταθμό παραγωγής ενέργειας από ορυκτά καύσιμα. Στις Ηνωμένες Πολιτείες, περίπου το 50 τοις εκατό της ηλεκτρικής ενέργειας προέρχεται από εργοστάσια άνθρακα. Άλλες χώρες όπως η Νότια Αφρική και η Πολωνία εξαρτώνται ακόμη περισσότερο από τον άνθρακα, με πάνω από το 90 τοις εκατό της συνολικής ενέργειας να προέρχεται από τα καύσιμα.
Τα φυτά άνθρακα είναι άφθονα για πολλούς λόγους. Στις περισσότερες περιοχές, ο άνθρακας είναι μακράν το πιο άμεσα διαθέσιμο καύσιμο. Αυτό το καθιστά συχνά και την πιο οικονομική επιλογή. Επιπλέον, τα εργοστάσια άνθρακα κατασκευάστηκαν νωρίτερα, και τα περισσότερα εξακολουθούν να λειτουργούν. Συχνά, η κατασκευή ενός ακριβού νέου εργοστασίου για την αντικατάσταση μιας ακόμα λειτουργικής εγκατάστασης δεν είναι οικονομικά εφικτή.
Δεύτερο σε δημοτικότητα μεταξύ των ορυκτών καυσίμων είναι το φυσικό αέριο. Σε ορισμένες περιοχές, το φυσικό αέριο είναι σχεδόν τόσο άφθονο όσο ο άνθρακας και, κατά μέσο όρο, συγκρίσιμο με το κόστος. Το αέριο ζυγίζει λιγότερο από άλλα ορυκτά καύσιμα και συχνά είναι ευκολότερο και λιγότερο δαπανηρό στη μεταφορά. Σε καταστάσεις έκτακτης ανάγκης, η ροή φυσικού αερίου μπορεί γενικά να σταματήσει αμέσως. Τέλος, το φυσικό αέριο καίγεται καθαρότερα από το πετρέλαιο ή τον άνθρακα και, ως εκ τούτου, θεωρείται σε μεγάλο βαθμό ως μια πιο περιβαλλοντικά υπεύθυνη επιλογή για τη μείωση της ατμοσφαιρικής ρύπανσης.
Ένας σταθμός παραγωγής ενέργειας από ορυκτά καύσιμα πετρελαίου λειτουργεί με την καύση αργού πετρελαίου. Αν και αυτοί οι σταθμοί ηλεκτροπαραγωγής αντιπροσωπεύουν λιγότερο από το 10 τοις εκατό της ηλεκτρικής ενέργειας που παράγεται στις χώρες της Βόρειας Αμερικής, αποτελούν τη φυσική επιλογή για περιοχές όπου το πετρέλαιο είναι πιο άφθονο. Μερικές φορές, οι σταθμοί παραγωγής ενέργειας πολύ μικρής κλίμακας μπορούν να λειτουργήσουν σε ένα μοντέλο καύσης πολύ παρόμοιο με έναν κινητήρα αυτοκινήτου. Σε αυτές τις περιπτώσεις, το πετρέλαιο είναι η πιο λογική επιλογή.