Energi terbarukan, energi yang dapat digunakan berasal dari sumber yang dapat diisi ulang seperti Matahari (energi surya), angin (tenaga angin), sungai (tenaga air), sumber air panas (energi panas bumi), pasang surut (tenaga pasang surut), dan biomassa (bahan bakar nabati).
Pada awal abad ke-21, sekitar 80 persen pasokan energi dunia berasal dari bahan bakar fosil seperti batu bara, minyak bumi, dan gas alam. Bahan bakar fosil adalah sumber daya yang terbatas; sebagian besar perkiraan menunjukkan bahwa cadangan terbukti minyak cukup besar untuk memenuhi permintaan global setidaknya hingga pertengahan abad ke-21. Pembakaran bahan bakar fosil mempunyai sejumlah dampak negatif terhadap lingkungan. Pembangkit listrik-berbahan bakar fosil mengeluarkan polutan udara seperti sulfur dioksida, materi partikulat, nitrogen oksida, dan bahan kimia beracun (logam berat: merkuri, kromium, dan arsenik), dan sumber bergerak, seperti kendaraan berbahan bakar fosil, mengeluarkan nitrogen oksida, karbon monoksida, dan materi partikulat. Paparan polutan tersebut dapat menyebabkan penyakit jantung, asma, dan masalah kesehatan manusia lainnya. Selain itu, emisi dari pembakaran bahan bakar fosil juga menyebabkan hujan asam, yang menyebabkan pengasaman di banyak danau dan mengakibatkan kerusakan pada kehidupan akuatik, kerusakan daun di banyak hutan, dan produksi kabut asap di atau dekat banyak wilayah perkotaan. Selain itu, pembakaran bahan bakar fosil melepaskan karbon dioksida (CO2), salah satu gas rumah kaca utama yang menyebabkan pemanasan global.
Sebaliknya, sumber energi terbarukan menyumbang hampir 20 persen konsumsi energi global pada awal abad ke-21, sebagian besar berasal dari penggunaan biomassa tradisional seperti kayu untuk pemanasan dan memasak. Pada tahun 2015, sekitar 16 persen total listrik dunia berasal dari pembangkit listrik tenaga air yang besar, sedangkan jenis energi terbarukan lainnya (seperti tenaga surya, angin, dan panas bumi) menyumbang 6 persen dari total pembangkitan listrik. Beberapa analis energi menganggap tenaga nuklir sebagai salah satu bentuk energi terbarukan karena emisi karbonnya yang rendah; tenaga nuklir menghasilkan 10,6 persen listrik dunia pada tahun 2015.
Pertumbuhan tenaga angin melebihi 20 persen dan fotovoltaik tumbuh sebesar 30 persen per tahun pada tahun 1990an, dan teknologi energi terbarukan terus berkembang sepanjang awal abad ke-21. Antara tahun 2001 dan 2017 total kapasitas terpasang pembangkit listrik tenaga angin dunia meningkat sebesar 22 kali lipat, tumbuh dari 23.900 menjadi 539.581 megawatt. Kapasitas fotovoltaik juga meningkat, meningkat sebesar 50 persen pada tahun 2016 saja. Uni Eropa (UE), yang memproduksi sekitar 6,38 persen energinya dari sumber terbarukan pada tahun 2005, mengadopsi tujuan pada tahun 2007 untuk meningkatkan angka tersebut menjadi 20 persen pada tahun 2020. Pada tahun 2016, sekitar 17 persen energi UE berasal dari sumber terbarukan. Sasarannya juga mencakup rencana untuk mengurangi emisi karbon dioksida sebesar 20 persen dan memastikan bahwa 10 persen dari seluruh konsumsi bahan bakar berasal dari biofuel. UE sudah siap untuk mencapai target-target tersebut pada tahun 2017. Antara tahun 1990 dan 2016, negara-negara UE telah mengurangi emisi karbon sebesar 23 persen dan meningkatkan produksi biofuel hingga 5,5 persen dari seluruh bahan bakar yang dikonsumsi di wilayah tersebut. Di Amerika Serikat, banyak negara telah menanggapi kekhawatiran terhadap perubahan iklim dan ketergantungan pada bahan bakar fosil impor dengan menetapkan tujuan untuk meningkatkan energi terbarukan dari waktu ke waktu. Misalnya, California mengharuskan perusahaan-perusahaan utilitas besar untuk memproduksi 20 persen listrik mereka dari sumber terbarukan pada tahun 2010, dan pada akhir tahun itu, utilitas California hanya mencapai 1 persen dari target yang ditetapkan. Pada tahun 2008, California meningkatkan persyaratan ini menjadi 33 persen pada tahun 2020, dan pada tahun 2017, negara bagian ini meningkatkan target penggunaan energi terbarukan menjadi 50 persen pada tahun 2030.
