نیروگاه های سوخت فسیلی، زغال سنگ یا نفت را برای ایجاد گرما می سوزانند که به نوبه خود برای تولید بخار برای حرکت توربین های تولید کننده برق مورد استفاده قرار می گیرد. در نیروگاه های گاز، گازهای داغ یک توربین را برای تولید برق به حرکت در می آورند، در حالی که یک نیروگاه توربین گازی سیکل ترکیبی (CCGT) (combined cycle gas turbine) همچنین از یک ژنراتور بخار برای افزایش میزان برق تولید شده استفاده می کند. در سال 2017، سوخت های فسیلی 64.5 درصد برق در سراسر جهان را تولید می کردند.
این نیروگاه ها در مدت زمانی طولانی برق قابل اطمینان تولید می کنند و عموماً هزینه ساخت آنها ارزان است. با این حال، سوزاندن سوخت های مبتنی بر کربن مقادیر زیادی دی اکسید کربن تولید می کند، که تغییرات آب و هوایی را موجب می شوند. این نیروگاه ها همچنین آلاینده های دیگری مانند اکسید گوگرد و نیتروژن تولید می کنند که باعث باران اسیدی می شوند.
برای پاسخ گویی به تقاضای روزافزون برای انرژی پایدار، انجمن جهانی هسته ای برنامه هارمونی را معرفی کرده است که بر اساس آن نیروی هسته ای حداقل 25 درصد از برق را قبل از سال 2050 تأمین می کند. این بدان معناست که تا آن زمان تولید هسته ای باید در سطح جهان سه برابر شود.سوزاندن سوخت های فسیلی برای کسب انرژی باعث مرگ و میر قابل توجهی در اثر آلودگی هوا می شود. به عنوان مثال، تخمین زده می شود که تنها در چین سالانه به دلیل استفاده از زغال سنگ 670، 000 نفر به طور زودرس می میرند.
برق اهمیت خود را افزایش می دهد. اگر بخواهیم به تغییرات آب و هوایی بپردازیم و آلودگی هوا را کاهش دهیم، باید استفاده از تمام منابع انرژی کم کربن را که هسته ای بخش مهمی از آن است افزایش دهیم.
نیروگاه های سوخت فسیلی به مقادیر بسیار زیادی زغال سنگ، نفت یا گاز نیاز دارند.
در بسیاری از موارد، این سوخت ها باید در مسافت های طولانی حمل شوند، که این می تواند منجر به مشکلات احتمالی تأمین شود. قیمت سوخت ها از لحاظ تاریخی بی ثبات بوده و می تواند در مواقع کمبود یا بی ثباتی ژئوپلیتیکی به شدت افزایش یابد، که این می تواند منجر به تولید ناپایدار هزینه ها و افزایش قیمت مصرف کننده شود.