Fosil yakıtlar, kullanım için yakıldığında ve nakliye veya madencilik sırasında döküldüğünde kirliliğe neden olur. Fosil yakıtların yakılması en büyük kirlilik üreticisidir.
Fosil yakıtların çoğu enerjiye dönüşmek için yakılır ve sırayla havaya salınan gazlar da hava ve su kirliliğine neden olur. Fosil yakıtların yanması ve yanması sonucu açığa çıkan gazlar arasında karbon monoksit, azot oksitler, kükürt oksitler ve hidrokarbonlar bulunur. Havada, bu gazlar solunabilen ve ayrıca asit yağmuru oluşturmak için düşen yağmurla karışabilen bir kanserojen haline gelir.
Fosil yakıtlar ayrıca nakliye sırasında döküldüğünde kirletici olur. Fosil yakıtları enerjiye dönüştürürken salınan havadaki partikül maddeye kıyasla bu nadir bir olay olsa da, gerçekleştiğinde hala ciddi, olumsuz bir çevresel etkiye sahiptir. Dökülen fosil yakıtlar ve bunlar için delme işleminde kullanılan tuzlu su, toksinleri yeraltı sularına ve toprağa sızdırabilir.
Nakliye sırasındaki dökülmelere benzer şekilde madencilik ve sondaj kazaları nadirdir, ancak fosil yakıtların çevreye sızdığı zamanlar geçmişte yaşanmıştır. Sızıntıların yakınında azalan su kalitesinin hastalığa neden olduğu bildiriliyor ve hatta doğrudan sızan fosil yakıtına maruz kalan herhangi bir insan ya da hayvanın ölümüne neden olabiliyor.
