As culturas energéticas são plantas cultivadas e colhidas com a intenção específica de usá-las como combustível. Essas plantas são normalmente divididas em duas categorias: herbáceas, como gramíneas, e lenhosas, como árvores e arbustos. A energia armazenada nas usinas pode ser acessada por combustão direta, gaseificação e conversão em combustíveis líquidos. As culturas energéticas são geralmente escolhidas por seu conteúdo de energia, a facilidade com que podem ser cultivadas e colhidas, bem como os custos associados de processamento do produto final. As partes não comestíveis de plantas alimentícias usadas para o mesmo fim são consideradas subprodutos agrícolas, e não culturas energéticas.
Vários tipos de gramíneas apresentam potencial como fonte de energia, com switchgrass gerando mais interesse; os rendimentos são normalmente mais altos e os custos de produção mais baixos do que para outras plantas herbáceas. Switchgrass pode atingir a capacidade total de produção em três anos e cresce a partir de um sistema de raiz permanente, não exigindo replantio por até 15 anos. Apenas um quarto da quantidade de água e fertilizante necessários para a maioria das safras de alimentos é necessária e a grama é notavelmente resistente a pragas e secas. O equipamento agrícola padrão pode ser usado para colher switchgrass, que é enfardado como o feno.
Árvores e arbustos usados para plantações de energia geralmente não crescem até a maturidade, pois a madeira serrada não é o produto final. As colheitas lenhosas de curta rotação (SRWC) são cultivadas com uma colheita esperada dentro de quatro a dez anos, enquanto as madeiras de crescimento rápido, como choupo e salgueiro, podem crescer até dez pés por ano em condições ideais. Os grupos de árvores cultivadas também produzem até dez vezes mais madeira por acre do que as florestas naturais.
Os dois principais usos das culturas energéticas são a geração de eletricidade e como matéria-prima para a produção de biocombustíveis. Uma usina de energia pode usar as safras em uma caldeira a vapor, queimando-as diretamente ou junto com o carvão, uma prática chamada de cofiring. Pelo processo de gaseificação, a biomassa pode ser processada em gás de síntese, uma mistura de monóxido de carbono e hidrogênio ou metano. Ambos podem ser usados para disparar turbinas a vapor ou como fonte de energia para manufatura.
O butanol, um hidrocarboneto de cadeia longa semelhante à gasolina, pode ser produzido a partir de plantas herbáceas, como switchgrass, miscanthus e capim-elefante. O etanol, um álcool combustível, é feito de trigo, milho, cana-de-açúcar ou qualquer planta que possa ser usada para fazer uma bebida alcoólica, enquanto o biodiesel pode ser feito de óleos vegetais produzidos a partir de culturas energéticas como soja, colza e cânhamo. Os lipídios, ou gorduras, do óleo são reagidos com o álcool para produzir o biodiesel. Embora alguns biocombustíveis possam impulsionar veículos diretamente, a maioria é usada em mistura com os combustíveis tradicionais.