Primärenergie ist jede Energie, die natürlich existiert und nicht vom Menschen in eine andere Form umgewandelt wurde. Beispiele für Primärenergieressourcen umfassen sowohl erneuerbare Ressourcen wie Wind- und Sonnenenergie als auch nicht erneuerbare Ressourcen wie fossile Brennstoffe. Wenn Primärenergieressourcen in einem Kraftwerk oder einer anderen Anlage verarbeitet werden, werden sie in „Träger“ oder Sekundärenergieträger umgewandelt. Dazu gehören Kraftstoff und elektrische Energie. Primärenergie ist ein relevantes Thema für die statistische Analyse des Energieverbrauchs, da sie die für menschliche Aktivitäten verfügbare Energieversorgung bestimmt.
Ab 2011 waren die weltweit am häufigsten verwendeten Primärenergieträger fossile Brennstoffe wie Öl, Kohle und Erdgas. Fossile Brennstoffe produzieren proportional zu ihrem Einheitsgewicht eine große Energiemenge, was sie derzeit zur effizientesten Wahl für die Energieerzeugung macht. Zu den Problemen mit fossilen Brennstoffen gehören ihre Umweltbelastung – bei der Verbrennung dieser Materialien wird eine große Menge Kohlendioxid in die Atmosphäre freigesetzt, das nicht ohne weiteres absorbiert werden kann – und die Tatsache, dass sie nicht erneuerbar sind. Durch den Abbau biologischer Organismen entstehen über Jahrmillionen Stoffe wie Kohle und Öl. Die menschliche Gesellschaft verbraucht viel mehr fossile Brennstoffe, als sie erneuern können, was eine eventuelle Verknappung unvermeidlich macht.
Alternative Energiequellen werden zunehmend als Optionen untersucht, da das Angebot an fossilen Brennstoffen zurückgeht. Kernreaktoren erzeugen Strom aus Uran, einer primären Energiequelle, die natürlicherweise in der Erde vorkommt. Obwohl Kernkraftwerke aus kleinen Uranmengen große Strommengen erzeugen können, macht die Kernkraft aufgrund von Umwelt- und Sicherheitsrisiken sowie politischen Faktoren immer noch nur einen geringen Anteil der weltweiten Energieerzeugung aus. Uran stellt auch technisch gesehen eine nicht erneuerbare Ressource dar, da es in der Erde nicht in ausreichender Menge nachgefüllt wird, um der menschlichen Nutzung entgegenzuwirken.
Solar-, Wind- und Wasserkraft sind Beispiele für Technologien, die auf erneuerbare Primärenergiequellen zurückgreifen – Energiequellen, die durch natürliche Prozesse ständig aufgefüllt werden. Biomasse ist ein weiteres Beispiel. Sonnenenergie wird in Pflanzen durch Photosynthese gebunden, den biochemischen Prozess, bei dem Pflanzen Sonnenlicht in Energie umwandeln. Bei der Verbrennung setzen Pflanzen diese Energie frei. Biokraftstoffe, aus Pflanzen raffinierte feste oder flüssige Kraftstoffe, sind Sekundärenergieprodukte, die sich dieses Prinzip zunutze machen.
Da die Gewinnung von Primärenergieträgern wie fossilen Brennstoffen aufgrund des sinkenden Angebots schwieriger wird, kommt eine Kennzahl namens Energy Return on Investment (EROI) ins Spiel. EROI ist das Verhältnis der Energiemenge, die aus einer Primärenergiequelle gewonnen wird, zu der Energiemenge, die zu ihrer Gewinnung aufgewendet wird. Wenn mehr Energie benötigt wird, um eine Ressource zu gewinnen, als daraus gewonnen werden kann, ist es wirtschaftlich nicht mehr vertretbar, diese Ressource zu nutzen, da dabei Energie verloren geht. Obwohl EROI dafür kritisiert wurde, den komplexen Prozess der Energiegewinnung zu stark zu vereinfachen, bleibt es ein Faktor für Industrien und Regierungen bei der Entscheidung, wie der Energieverbrauch eingespart und in verschiedene Primärenergiequellen investiert werden kann.