La formation du charbon, ou houillification, débute par l'accumulation de tourbe dans des milieux anoxiques où la dégradation bactérienne est inhibée, suivie d'une phase de diagenèse puis de métamorphisme thermique au fur et à mesure de l'enfouissement. Cette progression définit une série de rangs croissants : tourbe, lignite, charbon sub-bitumineux, charbon bitumineux, puis anthracite, chaque stade correspondant à une augmentation du carbone fixe, une diminution des matières volatiles et de l'humidité, et une élévation du pouvoir calorifique. Le rang gouverne la réactivité, la combustibilité et l'aptitude à la cokéfaction, de sorte que deux charbons de même composition élémentaire mais de rangs différents peuvent avoir des comportements industriels radicalement distincts. Les gisements sont associés à des bassins sédimentaires d'âge variable, du Carbonifère aux terrains tertiaires, et leur répartition mondiale est très inégale : les réserves prouvées les plus importantes se situent aux États-Unis, en Russie, en Australie, en Chine et en Inde, ces deux derniers pays concentrant à eux seuls plus de la moitié de la production et de la consommation mondiales. La Chine, en particulier, demeure le premier producteur et le premier consommateur, avec une dépendance historique au charbon pour la production électrique et la sidérurgie qui structure encore largement son bilan énergétique malgré une diversification accélérée.

L'exploitation du charbon se fait selon deux modalités principales, dont le choix dépend de la profondeur et de la géométrie du gisement.

• L'exploitation à ciel ouvert, économiquement plus avantageuse et plus sûre, est privilégiée lorsque la couche est proche de la surface; elle implique le décapage des morts-terrains, l'extraction mécanique et la remise en état des sites. Cette dernière constite un enjeu environnemental majeur en raison de l'acidification des eaux de drainage et de la perturbation des sols. 

• L'exploitation souterraine, mise en oeuvre au-delà de plusieurs centaines de mètres de profondeur, recourt à des techniques de chambres et piliers, de longue taille ou de foudroyage, et expose les travailleurs à des risques spécifiques tels que les coups de grisou, les poussières inflammables et les effondrements, risques dont la gestion a historiquement stimulé le développement de la sécurité minière et de la ventilation industrielle. 

La valorisation du charbon s'organise autour de trois voies principales. 

• La combustion, destinée à la production d'électricité et de chaleur, repose sur des centrales à charbon pulvérisé, à lit fluidisé circulant ou, plus récemment, à cycles supercritiques et ultra-supercritiques qui visent à élever le rendement thermodynamique et à réduire l'intensité carbone par kilowattheure. 

• La cokéfaction, qui consiste à chauffer le charbon en atmosphère confinée pour en chasser les matières volatiles, produit le coke métallurgique utilisé comme réducteur et agent de soutien dans les hauts fourneaux sidérurgiques, usage pour lequel seuls certains charbons bitumineux à propriétés cokéfiantes conviennent. 

• La gazéification, enfin, transforme le charbon en gaz de synthèse (mélange de monoxyde de carbone et d'hydrogène) par réaction avec de l'oxygène et de la vapeur d'eau à haute température. Elle ouvre la voie à la production d'électricité en cycle combiné à gazéification intégrée, à la synthèse de carburants liquides et de produits chimiques, ainsi qu'à la production d'hydrogène, avec la possibilité d'y adjoindre un captage et un stockage du carbone. Cette dernière option, bien que techniquement démontrée, demeure limitée par son coût énergétique et économique, ce qui explique sa pénétration restreinte à l'échelle industrielle.

Les politiques climatiques, la concurrence du gaz naturel et des renouvelables, ainsi que la volatilité des coûts du carbone ont amorcé un déclin de la consommation dans les pays de l'OCDE, tandis que la demande asiatique, portée par la croissance économique et la sécurité d'approvisionnement, a partiellement compensé ce recul. Cette dynamique différenciée fait du charbon un objet d'étude privilégié pour analyser les tensions entre impératifs de développement, souveraineté énergétique et contraintes climatiques, tensions qui conditionnent directement la trajectoire de la transition énergétique mondiale et la faisabilité des objectifs de décarbonation à l'horizon 2050.