O carvão forma-se a partir da alteração física e química da turfa orgânica. Esse processo, chamado de coalificação, leva centenas de anos para ser concluído. Durante a coalificação, o musgo de turfa sofre uma série de transformações como resultado da decomposição bacteriana, compactação, variações de temperatura e tempo.
A formação de carvão ocorre onde quer que haja grandes depósitos de turfa. Esses depósitos geralmente estão localizados nas profundezas do solo e levam muitos anos para se acumular. Os depósitos de turfa contêm uma grande porção de musgo, mas acumulam muitos outros tipos de materiais orgânicos à medida que progridem ao longo do tempo, incluindo folhas de plantas e árvores, minerais, argila e até restos de animais. Alguns depósitos, particularmente aqueles situados próximos a vulcões, também contêm traços de cinzas e carvão carbonizado.
Os ingredientes nos depósitos de carvão se deterioram com o tempo; numerosas bactérias, que agilizam o processo, aceleram esse processo. A decomposição da matéria orgânica é uma etapa importante no processo de coalificação, mas o depósito de turfa deve ser enterrado em sedimentos para que ocorra a transformação de turfa em carvão. O sepultamento de sedimentos retira o excesso de água da turfa, permitindo que ela absorva átomos de hidrocarbonetos complexos e calor. Segue-se uma série de reações químicas; a mistura se torna rica em carbono e libera produtos residuais, eventualmente produzindo o produto final de carvão.
