Procesul de formare a cărbunelui durează milioane de ani. Cărbunele utilizată astăzi a început să se formeze acum 300 de milioane de ani ca arbori vii, ferigi și alte tipuri de material vegetal. Cărbunele este o resursă nerentabilă, deoarece timpul necesar pentru formare depășește cu mult rata la care omul o folosește.
Procesul de formare a cărbunelui, cunoscut sub denumirea de cocsificare, implică schimbări fizice și chimice ale turbei. Turba include părți de plante, plante decăzute și produsele procesului de dezintegrare. Pentru a forma turba, viteza de creștere a plantelor trebuie să depășească viteza la care bacteriile pot descompune materialele, așa cum se întâmplă în apele de mlaștini și mlaștini, unde acțiunea bacteriană încetinește din cauza lipsei de oxigen.Coalificarea necesită înmormântarea straturilor groase de turbă. Presiunea straturilor depuse deasupra turbei începe să comprime materialele vegetale și să stoarcă apa de la acestea. Presiunea, căldura și timpul provoacă multe modificări ale materialelor, așa cum este evidențiat prin formarea gazului metan. Procesul crește procentul de carbon din cărbune. Calitatea cărbunelui depinde de momentul în care minerii o elimină de la sol în timpul procesului de cocsificare. Cu cât sunt mai înghețate cărbunele, cu atât conținutul de carbon este mai mare. Cu suficient timp și presiune, materialele se transformă în grafit, un mineral care conține numai carbon.
