Pirminė energija yra bet kokia natūraliai egzistuojanti energija, kurios žmonės nepakeitė į kitą formą. Pirminės energijos išteklių pavyzdžiai apima ir atsinaujinančius išteklius, tokius kaip vėjo ir saulės energija, tiek neatsinaujinančius išteklius, tokius kaip iškastinis kuras. Kai pirminiai energijos ištekliai apdorojami elektrinėje ar kitame objekte, jie paverčiami „nešikliais“ arba antriniais energijos šaltiniais. Tai apima kurą ir elektros energiją. Pirminė energija yra aktuali energijos vartojimo statistinės analizės tema, nes ji lemia žmogaus veiklai skirtos energijos tiekimą.
2011 m. pasaulyje plačiausiai naudojami pirminės energijos šaltiniai buvo iškastinis kuras, pvz., nafta, anglis ir gamtinės dujos. Iškastinis kuras pagamina didelį energijos kiekį, proporcingą jo vieneto svoriui, todėl šiuo metu jis yra efektyviausias energijos gamybos pasirinkimas. Problemos, susijusios su iškastiniu kuru, apima jo poveikį aplinkai – deginant šias medžiagas į atmosferą išskiriamas didelis anglies dioksido kiekis, kuris negali būti lengvai absorbuojamas – ir tai, kad jie neatsinaujina. Tokios medžiagos kaip anglis ir nafta susidaro per milijonus metų skaidant biologinius organizmus. Žmonių visuomenė naudoja iškastinį kurą daug greičiau, nei gali būti atnaujinama, todėl neišvengiamas jo trūkumas.
Mažėjant iškastinio kuro pasiūlai, vis dažniau nagrinėjami alternatyvūs energijos šaltiniai. Branduoliniai reaktoriai energiją gamina iš urano – pirminio energijos šaltinio, natūraliai randamo žemėje. Nors atominės elektrinės gali gaminti didelius energijos kiekius iš nedidelio urano kiekio, branduolinė energija vis dar sudaro tik nedidelę pasaulinės energijos gamybos dalį dėl pavojų aplinkai ir saugai bei politinių veiksnių. Uranas taip pat techniškai yra neatsinaujinantis išteklius, nes žemėje jo nepasipildo pakankamai dideliu greičiu, kad būtų išvengta žmogaus naudojimo.
Saulės, vėjo ir hidroelektrinių energija yra pavyzdžiai technologijų, naudojančių atsinaujinančius pirminės energijos šaltinius – energijos šaltinius, kurie nuolat pasipildo natūraliais procesais. Biomasė yra dar vienas pavyzdys. Saulės energija augaluose išskiriama per fotosintezę – biocheminį procesą, kurio metu augalai saulės šviesą paverčia energija. Degdami augalai išskiria šią energiją. Biokuras, kietasis arba skystasis kuras, rafinuotas iš augalų, yra antrinės energijos produktai, kuriuose naudojamas šis principas.
Kadangi dėl mažėjančios pasiūlos pirminių energijos šaltinių, pvz., iškastinio kuro, derliaus nuėmimas tampa vis sudėtingesnis, atsiranda koeficientas, žinomas kaip investicijų grąža (EROI). EROI yra energijos kiekio, gauto iš pirminio energijos šaltinio, ir energijos kiekio, sunaudojamo jam gauti, santykis. Jei ištekliui gauti reikia daugiau energijos, nei galima gauti iš jo, tada nebėra ekonomiškai perspektyvu tų išteklių naudoti, nes energija bus prarasta. Nors EROI buvo kritikuojamas dėl pernelyg sudėtingo energijos surinkimo proceso supaprastinimo, pramonės šakos ir vyriausybės tebėra veiksnys, lemiantis, kaip taupyti energijos naudojimą ir investuoti į įvairius pirminės energijos šaltinius.