ในโลกที่เชื้อเพลิงฟอสซิลถูกเผาไหม้ในปริมาณมากและการจัดหาเชื้อเพลิงดังกล่าวมี จำกัด มากพลังงานหมุนเวียนรูปแบบต่างๆมีข้อได้เปรียบมากมาย ข้อได้เปรียบด้านพลังงานทดแทนเหล่านี้ทำให้หลายคนเชื่อว่าจะเปลี่ยนจากเชื้อเพลิงฟอสซิลซึ่งเป็นทรัพยากรที่มี จำกัด ซึ่งเป็นอันตรายต่อสิ่งแวดล้อม พวกเขาทำการเปลี่ยนนี้เพราะพลังงานทดแทนส่วนใหญ่มีรูปแบบตรงกันข้าม มีอยู่ในอุปทานไม่ จำกัด โดยไม่ส่งผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อม หากมีการใช้แหล่งพลังงานหมุนเวียนหลายแหล่งความได้เปรียบด้านพลังงานหมุนเวียนอาจส่งผลให้เกิดสภาพแวดล้อมที่สะอาดและโลกที่ยั่งยืนมากขึ้น
พลังงานทดแทนสามารถมีได้หลายรูปแบบโดยแต่ละแบบมีข้อดีและข้อเสีย ลมและน้ำถูกนำมาใช้เพื่อรวบรวมกระแสไฟฟ้าเนื่องจากผู้คนสร้างอุปกรณ์ที่แปลงพลังงานจลน์ที่เกิดจากการเคลื่อนไหวของลมและน้ำให้เป็นพลังงานไฟฟ้าที่ใช้งานได้ น้ำยังใช้เพื่อสร้างพลังงานในรูปแบบอื่น ๆ เช่นการไล่ระดับความเค็มหรือความแตกต่างของอุณหภูมิ ในขณะที่มีข้อได้เปรียบพลังงานทดแทนทั้งลมและน้ำไม่ได้พิสูจน์แล้วว่ามีประสิทธิภาพหรือสะดวกพอที่จะกำจัดความต้องการเชื้อเพลิงฟอสซิล ยกตัวอย่างเช่นใช้งานไม่ได้กับน้ำหรือลมเพื่อให้พลังงานแก่รถยนต์
แหล่งพลังงานหมุนเวียนที่สำคัญแหล่งหนึ่งคือดวงอาทิตย์ พลังงานแสงอาทิตย์ถูกใช้มานานหลายปีเพราะข้อดีของมัน บางครั้งความร้อนของรังสีดวงอาทิตย์จะถูกนำไปใช้เพื่อการปรุงอาหารโดยตรงหรือเพื่อลดพลังงานไฟฟ้าที่ใช้สำหรับความร้อน ในกรณีอื่น ๆ แผงโซลาร์เซลล์ถูกสร้างขึ้นเพื่อเก็บเกี่ยวพลังงานความร้อนของดวงอาทิตย์และแปลงเป็นพลังงานไฟฟ้าที่ใช้งานได้ ข้อได้เปรียบด้านพลังงานทดแทนของพลังงานแสงอาทิตย์นั้นชัดเจน โดยทั่วไปแผงเซลล์แสงอาทิตย์จะไม่ส่งผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมและจะมีการใช้พลังงานแสงอาทิตย์จนกว่าดวงอาทิตย์จะตาย
พลังงานรูปแบบอื่นที่บางครั้งได้รับการยกย่องสำหรับข้อได้เปรียบด้านพลังงานทดแทนคือเชื้อเพลิงชีวภาพซึ่งผลิตจากสสารของพืช แตกต่างจากเชื้อเพลิงฟอสซิลสารอินทรีย์ในเชื้อเพลิงชีวภาพไม่จำเป็นต้องย่อยสลายในช่วงหลายล้านปี ทั้งอ้อยและข้าวโพดใช้ในการผลิตเชื้อเพลิงชีวภาพซึ่งถูกเผาเพื่อปล่อยพลังงานเคมีที่เก็บไว้ในพันธะเคมี ในขณะนี้เป็นรูปแบบของพลังงานทดแทนเชื้อเพลิงชีวภาพมักจะผสมกับเชื้อเพลิงฟอสซิล ผลลัพธ์สุดท้ายยังคงปลดปล่อยสารต่าง ๆ มากมายสู่ชั้นบรรยากาศที่เป็นอันตรายต่อผู้คนและต่อสิ่งแวดล้อม
