煤是地质历史时期由堆积的植物遗体在缺氧环境中，经过复杂的生物化学作用和地质作用转化而成的可燃有机物质。煤中含有多种高分子有机物和混杂的矿物质。有机物的组成元素主要是碳、氢、氧，其次是氮、硫、磷，其结构的基本单元是各种芳香环、杂环芳香稠合体系，以及多种含氧官能团和支链。矿物质主要是石英、高岭石、黄铁矿和方解石等。

       碳是煤中的主要成分，也是最主要的可燃物质，它的含量随着煤生成的年代和变质程度加深而增加。例如泥炭中碳含量为50％－60％，褐煤中为65％－75％，烟煤中增加至75％－90％，无烟煤中达90％－98％。氢也是煤中重要的可燃物质，煤中含氢量与成煤植物有关，还随煤变质的程度加深而减少，煤的最高含氢量可超过8％。煤中硫的含量随地域差别很大，多数是在1％－3％之间。

       煤的种类不同，组成和煤质也不同，常用的煤质指标有水分、灰分、含硫量、挥发物和发热量等。为了便于折算单位质量的煤完全燃烧时所放出的能量，人为地规定了“标准煤”的发热量为29．2MJ／kg。

       煤在世界各地普遍存在，分布比较均匀。至2009年，全世界探明的煤可采量为0．83万亿吨。2009年我国产煤26亿吨，接近世界产煤量55亿吨的1／2。在我国能源消费中煤约占70％，是世界上唯一以煤为主要能源的大国。

       煤的开采使用已有两千多年历史。工业革命后相当长的时间里，煤一直是社会最主要的能源。直到1965年，煤在世界能源生产和消费中仍占第一位，约占总能源的42％。此后，煤让位于石油，产量在能源中的比例迅速下降。

       在我国，煤在能源消费中的比例会随着其他能源的发展而下降，但煤作为主要能源的格局在相当长的时间中不会改变，这是我国能源结构的弱点所在。煤的利用和化学密切相关，下面从四个方面进行探讨：

       （1）煤燃烧热的利用。煤炭的最大用途是作为一次性能源直接燃烧。现在许多家庭用燃料、工农业用的锅炉燃料依靠煤，世界上近一半电能来自以煤作燃料的火力发电厂。燃煤要特别注意两点：一是充分燃烧，不要产生一氧化碳，避免煤气中毒，也使燃烧放出更多热量；二是设法除去燃煤产生的二氧化硫和氧化氮。

       （2）将煤炼成焦炭和其他碳素制品。将煤破碎，在炼焦炉中受高温作用发生热分解，在生成焦炭的同时，还得到炼焦煤气和煤焦油。焦炭是烧结成块状、多孔而较纯的碳素。煤中所含硫、磷、氧、氮、氢等元素在高温干馏过程中大部分都已除去。焦炭是冶金工业的重要原料。焦炭还可进一步经过煅烧石墨化过程而成石墨等碳素制品。煤焦油是重要的化工原料，早在19世纪就已从煤焦油中提炼分离出许多小分子有机化合物，研究它们的组成、结构、性质和应用，使有机化学得到很大发展。炼焦煤气不仅可作民用燃料，更可作化工原料。

       （3）煤的气化。煤的气化指煤在控制氧气的条件下，进行不完全氧化的过程，是利用空气、水蒸汽或其他气体将煤中的有机物转变成含有一氧化碳、氢、甲烷等可燃气体的一种加工方法。用煤气作燃料比直接烧煤有更多优点，它有热能利用率高、便于储存运输、使用方便、容易控制、清洁卫生、减少环境污染等优点。煤气也是重要的化工原料。煤的气化可在煤的产地，甚至直接在地下进行。

       （4）煤的液化。煤是固体，油是液体，煤转化为油的过程称为煤的液化。煤和石油主要都由碳和氢组成，差别在C和H的比例不同，煤的C／H比值比石油高得多，要将煤液化为油，就要加氢。煤的加氢液化是在高压氢气和催化剂存在下加热到400℃－450℃，使煤粉在溶剂中发生热解和加氢反应，继而通过气相催化，进一步加氢裂解等反应过程转化为液态的小分子。现在我国年产百万吨级油的煤液化厂已在运行。将媒液化成油的理想很好，但成本居高不下，很难和石油竞争，前景尚需化学家和其他科技人员一起不断努力去探索。