Primarna energija je svaka energija koja postoji prirodno i koju ljudska bića nisu modificirala u drugi oblik. Primjeri primarnih energetskih resursa uključuju i obnovljive izvore, kao što su energija vjetra i sunca, i neobnovljive resurse, kao što su fosilna goriva. Kada se primarni energetski resursi prerađuju u elektrani ili drugom objektu, oni se pretvaraju u “nosače” ili sekundarne izvore energije. To uključuje gorivo i električnu energiju. Primarna energija je relevantna tema za statističku analizu korištenja energije jer određuje opskrbu energijom dostupnom za ljudske aktivnosti.
Od 2011. godine najrašireniji primarni izvori energije u svijetu bila su fosilna goriva kao što su nafta, ugljen i prirodni plin. Fosilna goriva proizvode veliku količinu energije proporcionalnu njihovoj jediničnoj težini, što ih čini trenutno najučinkovitijim izborom za proizvodnju energije. Problemi s fosilnim gorivima uključuju njihov utjecaj na okoliš – sagorijevanjem ovih materijala u atmosferu se oslobađa velika količina ugljičnog dioksida koji se ne može lako apsorbirati – i činjenicu da nisu obnovljivi. Tvari poput ugljena i nafte nastaju milijunima godina razgradnjom bioloških organizama. Ljudsko društvo koristi fosilna goriva mnogo većom brzinom nego što se ona mogu obnoviti, zbog čega su eventualne nestašice neizbježne.
Alternativni izvori energije sve se više istražuju kao opcije kako opskrba fosilnim gorivima opada. Nuklearni reaktori generiraju energiju iz urana, primarnog energetskog resursa koji se prirodno nalazi u zemlji. Iako nuklearne elektrane mogu proizvesti velike količine energije iz malih količina urana, nuklearna energija još uvijek čini samo mali postotak svjetske proizvodnje energije zbog opasnosti za okoliš i sigurnost, kao i političkih čimbenika. Uran također tehnički predstavlja neobnovljivi resurs, budući da se ne nadopunjuje u zemlji dovoljno visokom brzinom da se suprotstavi ljudskoj upotrebi.
Solarna energija, energija vjetra i hidroelektrana primjeri su tehnologija koje se oslanjaju na obnovljive primarne izvore energije — izvore energije koji se stalno nadopunjuju prirodnim procesima. Biomasa je još jedan primjer. Sunčeva energija se izdvaja u biljkama fotosintezom, biokemijskim procesom kojim biljke pretvaraju sunčevu svjetlost u energiju. Kada se izgaraju, biljke oslobađaju ovu energiju. Biogoriva, kruta ili tekuća goriva rafinirana iz biljaka, sekundarni su energetski proizvodi koji koriste ovaj princip.
Kako primarne izvore energije kao što su fosilna goriva postaje teže sakupljati zbog sve manje opskrbe, stupa na snagu omjer poznat kao povrat ulaganja u energiju (EROI). EROI je omjer količine energije dobivene iz primarnog izvora energije i količine energije utrošene za dobivanje iste. Ako je za dobivanje nekog resursa potrebno više energije nego što se može dobiti, tada više nije ekonomski isplativo tražiti taj resurs, jer će se energija izgubiti u tom procesu. Iako je EROI kritiziran zbog prevelikog pojednostavljivanja složenog procesa prikupljanja energije, on ostaje čimbenik za industrije i vlade u određivanju načina na koji će uštedjeti potrošnju energije i ulagati u različite primarne izvore energije.