Il processo di formazione del carbone richiede milioni di anni. Il carbone in uso oggi ha iniziato a formarsi oltre 300 milioni di anni fa come alberi viventi, felci e altri tipi di materiale vegetale. Il carbone è una risorsa non rinnovabile perché il tempo richiesto per la formazione supera di gran lunga la velocità con cui l'uomo lo usa.
Il processo di formazione del carbone, noto come coalificazione, comporta cambiamenti fisici e chimici della torba. La torba comprende parti di piante, piante in decomposizione e i prodotti del processo di decadimento. Per formare la torba, il tasso di crescita delle piante deve superare la velocità con cui i batteri possono abbattere i materiali, come avviene nell'acqua delle torbiere e delle paludi, dove l'azione batterica rallenta a causa della mancanza di ossigeno.
La coalizione richiede la sepoltura di strati spessi di torba. La pressione degli strati depositati sopra la torba inizia a comprimere i materiali vegetali e ne comprime l'acqua. Pressione, calore e tempo causano molti cambiamenti nei materiali, come è evidenziato dalla formazione di gas metano. Il processo aumenta la percentuale di carbonio del carbone. La qualità del carbone dipende da quando i minatori lo rimuovono da terra durante il processo di coalificazione. Più a lungo rimane sepolto il carbone, maggiore è il contenuto di carbonio. Con abbastanza tempo e pressione, i materiali si trasformano in grafite, un minerale contenente solo carbonio.
