O processo de formação do carvão leva milhões de anos. O carvão em uso hoje começou a se formar há mais de 300 milhões de anos como árvores vivas, samambaias e outros tipos de material vegetal. O carvão é um recurso não renovável porque o tempo que requer para sua formação excede em muito a taxa com que o homem o usa.
O processo de formação de carvão, conhecido como coalificação, envolve mudanças físicas e químicas da turfa. A turfa inclui partes da planta, plantas em decomposição e os produtos do processo de decomposição. Para formar turfa, a taxa de crescimento da planta deve exceder a taxa na qual as bactérias podem decompor os materiais, como ocorre na água de pântanos e pântanos, onde a ação bacteriana diminui devido à falta de oxigênio.
A coalificação requer o enterramento de camadas espessas de turfa. A pressão das camadas depositadas acima da turfa começa a comprimir os materiais vegetais e extrair a água deles. Pressão, calor e tempo causam muitas alterações nos materiais, como fica evidenciado pela formação do gás metano. O processo aumenta a porcentagem de carbono do carvão. A qualidade do carvão depende de quando os mineradores o removem do solo durante o processo de coalificação. Quanto mais tempo o carvão permanece enterrado, maior o conteúdo de carbono. Com tempo e pressão suficientes, os materiais se transformam em grafite, um mineral que contém apenas carbono.
