Fossilt brensel, også kalt fossilt brennstoff, er brensel som finnes naturlig i grunnen og som er dannet i tidligere tider, for eksempel naturgass, råolje, oljeskifer, tjæresand, brunkull og steinkull. Stoffene er av biologisk opprinnelse (planter og dyr), men har gjennom millioner av år gjennomgått omdanningsprosesser i og under jordskorpen.