煤炭是世界上最重要的化石燃料之一，这是一种可燃的黑色或棕黑色沉积岩，里面含有大量的炭基材料，占煤炭总重量的50%以上。煤炭的形成需要相当长的时间（几百万年以上）。地球上的第一个煤炭出现在距今大约3.6~2.9亿年前的石炭纪时期和二叠纪时期，大约90%的煤炭都形成于这段时间内，此外白垩纪时期地球上也形成了大量的煤炭矿床。
那么地球上这么多的煤炭是如何形成的呢？这就要追溯到距今3亿年前的石炭纪，那个时候的地球气候温暖潮湿，陆地上分布着大量的沼泽森林，这些沼泽森林中的树木生长速度非常快，快到超过了它们死亡被分解的速度，所以在这种沼泽森林环境中，植物组织中的有机物会层层堆积并被不断的掩埋在沼泽的地下，而地下缺氧的环境加上高温高压，最终，这些有机物就形成了煤炭。
煤炭的形成主要可以分为两个主要阶段：泥炭化和煤化。细菌活动在泥炭化的过程中发挥了主要的作用，能够将有机物变成泥炭；而地下的高温和高压则是煤化的主要因素。
下面是煤炭的具体形成过程：
1、腐烂的有机物形成泥炭
沼泽和湿地中的植物，如蕨类植物、灌木、藤本植物、树木和藻类死亡并在地表堆积。最初，有机物被细菌分解，产生二氧化碳和甲烷。
植物物质被掩埋，不再暴露在空气中。然后厌氧细菌开始分解植物物质。埋藏和堆积可以发生数千年，产生数米长的部分腐烂的植物物质，称为泥炭。
泥炭类似于海绵状的棕色纤维材料，石炭纪沼泽中的积水为防止植物材料氧化或细菌破坏创造了极好的条件。如果你不幸在死后不久就被埋在泥炭中，那么当新的泥炭在顶部形成时，腐殖酸就会释放出来，你的身体可能会被保存下来，效果大致相当于酸洗。
2、泥炭变成褐煤
一旦泥炭埋在沉积物层之间，生物降解就会停止，并且由于埋藏的温度和压力增加而开始发生变化。
当这种泥炭被埋在相对较浅的深度时，持续的热量和压力会将泥炭中的水和其他化合物挤出来，从而在沉积物层中形成质量最差的一种煤——褐煤，这是一种质地柔软的棕黑色煤状材料，水分含量较高。它还经常在细粒度的地基中包含木材和植物残骸。褐煤有两种类型：木质褐煤（化石木材）和致密褐煤。
3、褐煤变成次烟煤、烟煤和无烟煤
持续的掩埋导致地下的压力和温度不断增加，这些条件都会导致质量差的褐煤转化为更高质量的煤炭品种。
首先褐煤变成次烟煤，然后是烟煤，最后是最优质的无烟煤。随着这些转变的发生，煤中的水和其他化合物的量减少，煤变得更加致密。随之而来的是更高的碳浓度。
在这个煤化的过程中，温度是最重要的因素，次烟煤需要在35℃~80℃的环境温度下形成；而无烟煤对温度的要求则更加苛刻，需要环境温度达到180℃~245℃之间才能够形成无烟煤。
次烟煤具有46-60%的固定碳含量，烟煤被认为是“普通”类型的煤炭，也就是我们通常认为的那种煤炭。它通常富含挥发性碳氢化合物，因此更容易用相对较长的火焰点燃和燃烧。
一个典型的烟煤碳含量大约为84.4%；无烟煤的碳含量高达86%~97%，是最优质的的煤炭。