일반적으로 석탄, 석유, 가스와 같은 화석연료를 태워서 나온 열을 이용하는 방식. 화석연료로 증기를 만들어 터빈을 돌린다.

"화석연료발전은 화석연료인 석탄, 가스, 석유 등을 태워 물을 고온·고압의 증기로 만든 후 터빈을 회전시키며, 터빈에 연결된 발전기에서 최종적으로 전기를 생산한다. 화석연료발전소는 연료를 연소하여 고온 고압의 증기로 만드는 보일러와 증기가 가진 열에너지를 회전에너지로 바꾸는 터빈, 증기를 냉각시키기 위한 순환수펌프, 터빈축에 연결하여 기계적 회전에너지를 전기적 에너지로 변환하는 발전기로 구성된다. 대부분의 발전소는 터빈을 돌리고 나온 증기를 해수로 냉각하기 위해 해안가에 위치한다. 화석연료발전은 에너지 효율이 높고, 원료 공급의 안정성으로 인하여 다양한 동력 자원으로 활용되어왔지만 화석연료연소시 발생하는 이산화탄소가 온실가스의 주범으로 지목되면서 화석연료발전은 점진적으로 축소되거나 오염물질 배출은 줄이고 효율을 높인 친환경적인 형태로 변하고 있다. "

타 발전원과 비교하면 연료 가격이 저렴한 편이다. 대규모 발전단지 구축이 가능하여 경제성과 효율성이 높다. 입지에 특별한 제약이 없고, 건설 기간이 짧고 발전 변동성이 낮아 날씨와 계절에 상관없이 같은 수준의 발전이 가능하다. 전력 피크시 기여도가 높다.

보일러에 화석연료를 공기와 함께 연소시킬 때 온실가스와 대기오염물질이 발생한다. 세계적인 환경 규제 강화 정책에 영향을 받는다. 채굴에서부터 처리에 이르기까지 많은 양의 물을 오염시킨다.

전 세계적으로 화석연료발에 대한 제약은 해마다 강화되고 있다. 우리나라의 경우 전체 전력 수요의 1/3 이상을 차지할 만큼 기저전력원으로 사용되어 왔지만 전 세계적인 온실가스 감축 움직임에 따라 노후 발전소 가동 중단 및 축소를 추진하고 있다. 화석연료 발전 비중을 줄이려는 움직임은 미국과 EU를 중심으로 활발하게 진행 중이며 2020년 기준 세계 석탄화력 발전량은 2019년보다 약 4.2% 감소하였고, 천연가스 소비도 약 0.5%줄었다. (출처: 세계 에너지시장인사이트, 2022 에너지경제연구원) 최근에는 청정석탄기술(Clean Coal Technology, CCT)과 석탄가스화복합발전(Integrated Gasification ombined cycle, IGCC) 등 탄소배출은 줄이고 효율은 높이는 다양한 기술이 개발되고 있다.