เชื้อเพลิง คือวัสดุใดๆ ที่นำไปเผาไหม้หรือแปรเปลี่ยนเพื่อนำมาซึ่งพลังงาน เชื้อเพลิงจะปลดปล่อยพลังงานผ่านปฏิกิริยาทางเคมีเช่นการเผาไหม้ หรือปฏิกิริยานิวเคลียร์เช่นการแตกตัวหรือการรวมตัวของนิวเคลียส อย่างใดอย่างหนึ่ง คุณสมบัติสำคัญของเชื้อเพลิงที่มีประโยชน์คือพลังงานที่มีอยู่สามารถถูกบรรจุและปลดปล่อยได้ตามต้องการ และการปลดปล่อยนั้นถูกควบคุมในทางใดทางหนึ่งเพื่อให้สามารถใช้สร้างงานทางวิศวกรรมได้
สิ่งมีชีวิตที่มีคาร์บอนเป็นพื้นฐาน (carbon-based life) ทุกชนิด คือตั้งแต่จุลชีพไปจนถึงสัตว์รวมทั้งมนุษย์ ใช้เชื้อเพลิงเป็นแหล่งพลังงาน เซลล์ต่างๆ จะต้องเกี่ยวข้องกับกระบวนการทางเคมีที่เรียกว่า เมแทบอลิซึม (metabolism) ซึ่งดึงเอาพลังงานออกมาจากอาหารหรือแสงอาทิตย์ในรูปแบบที่สามารถใช้ในการดำรงชีวิต นอกจากนั้นมนุษย์ใช้เทคนิคที่หลากหลายเพื่อแปรเปลี่ยนพลังงานรูปแบบหนึ่งไปสู่อีกรูปแบบหนึ่ง ซึ่งการสร้างพลังงานก็เพื่อจุดประสงค์ที่มากไปกว่าพลังงานในร่างกายมนุษย์ การใช้พลังงานที่ถูกปลดปล่อยออกจากเชื้อเพลิงมีตั้งแต่ การทำความร้อนเพื่อการปรุงอาหาร การผลิตไฟฟ้า หรือแม้แต่การเพิ่มแสนยานุภาพของอาวุธ
เชื้อเพลิงทั้งหมดที่ทราบกันอยู่ในปัจจุบันได้รับพลังงานมาจากต้นกำเนิดในปริมาณเล็กน้อย พลังงานทางเคมีส่วนใหญ่ถูกสร้างขึ้นจากสิ่งมีชีวิต อาทิเชื้อเพลิงซากดึกดำบรรพ์ (fossil fuel) ซึ่งเกิดจากการนำพลังงานแสงอาทิตย์มาใช้ประโยชน์ผ่านการสังเคราะห์แสง และพลังงานแสงอาทิตย์ถูกสร้างขึ้นโดยหลอมรวมทางนิวเคลียร์ที่แกนของดวงอาทิตย์ ไอโซโทปกัมมันตรังสีที่ใช้เป็นเชื้อเพลิงในโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ก็ถูกสร้างขึ้นจากการระเบิดของซูเปอร์โนวา
เชื้อเพลิงเคมีคือวัสดุที่ให้พลังงานจากการกระตุ้นจากวัสดุที่อยู่โดยรอบ วิธีหนึ่งเป็นที่รู้จักมากที่สุดคือกระบวนการออกซิเดชัน วัสดุเหล่านี้เป็นเชื้อเพลิงชนิดแรกที่มนุษย์ใช้ และยังคงเป็นเชื้อเพลิงประเภทหลักที่ใช้ในทุกวันนี้
เชื้อเพลิงชีวภาพ (biofuel) สามารถเป็นได้ทั้งของแข็ง ของเหลว หรือแก๊ส ประกอบขึ้นหรือแปรเปลี่ยนมาจากมวลชีวภาพ (biomass) มวลชีวภาพสามารถนำมาใช้ได้โดยตรงผ่านการให้ความร้อนหรือการส่งกำลัง ซึ่งรู้จักกันในชื่อ เชื้อเพลิงมวลชีวภาพ (biomass fuel) เชื้อเพลิงชีวภาพสามารถผลิตขึ้นได้จากแหล่งคาร์บอนที่สามารถเติมเต็มได้อย่างรวดเร็วเช่นพืช พืชหลายชนิดและวัสดุที่ได้จากพืชถูกใช้สำหรับการผลิตเชื้อเพลิงชีวภาพในโรงงาน
เชื้อเพลิงที่มนุษย์ในยุคเริ่มแรกนักสันนิษฐานกันว่าเป็นไม้ โดยมีหลักฐานแสดงให้เห็นถึงการก่อไฟซึ่งใช้กันมาตั้งแต่ 1.5 ล้านปีก่อนพบที่ Swartkrans ประเทศแอฟริกาใต้ แต่ก็ไม่ทราบว่าสปีชีส์ใดที่เป็นผู้ริเริ่มการใช้ไฟ เพราะทั้ง Australopithecus และ Homo ก็ถูกขุดพบในแหล่งดังกล่าว ไม้ก็ยังคงเป็นเชื้อเพลิงอย่างหนึ่งจนกระทั่งปัจจุบัน แม้ว่าแหล่งพลังงานอื่นๆ จะเข้ามาแทนที่ในหลายจุดประสงค์ ไม้มีความหนาแน่นของพลังงานประมาณ 10–20 เมกะจูลต่อกิโลกรัม
เมื่อเร็วๆ นี้ เชื้อเพลิงชีวภาพได้ถูกพัฒนาขึ้นเพื่อใช้กับยานยนต์ เช่นแก๊สโซฮอล์ เป็นต้น แต่ก็มีการโต้เถียงในวงกว้างเกี่ยวกับความเพียงพอของคาร์บอนที่มีอยู่ในเชื้อเพลิงชนิดนี้
เชื้อเพลิงซากดึกดำบรรพ์ (fossil fuel) คือสารไฮโดรคาร์บอน ซึ่งโดยหลักคือถ่านหินและปิโตรเลียม (ปิโตรเลียมเหลวหรือแก๊สธรรมชาติ) เกิดจากการแปรสภาพของซากพืชและสัตว์ ที่ทับถมกันในชั้นเปลือกโลกเป็นเวลานานหลายร้อยล้านปีภายใต้ความร้อนและความดัน
