ניתן להפיק אנרגיה ממקורות חלופיים, שאינם תלויים באופן מובהק בכמות היתרות של "חומרי האנרגיה" שאינם מתחדשים בכדור הארץ . אנרגיה ממקורות חלופיים אלה מכונה "אנרגיה מתחדשת" (Renewable Energy). רוב הסוגים של אנרגיה מתחדשת קשורים לאנרגיה המגיעה מהשמש. סוגים אחרים הם אנרגיה גיאו-תרמית, שמקורה בחום המצוי בעומק כדור הארץ, ואנרגיית גאות ושפל, המופיעה במערכת כדור הארץ-ירח.
– הפקת אנרגיה על ידי המרת האנרגיה המכנית הגלומה ברוח לאנרגיה חשמלית במחוללים (גנרטורים). זרמי האוויר (הרוחות) על פני כדור הארץ נוצרים כתוצאה מחימום סלקטיבי של האוויר על ידי האנרגיה המגיעה מהשמש.
אנרגיה הידרו-אלקטרית (hydro-electric) – הפקת אנרגיה חשמלית במחוללים המונעים על ידי תנועת מים הזורמים ממאגר גדול, בהשפעת כוח הכבידה, והמסובבים טורבינות המניעות מחוללים. גם כאן מילוי המאגרים תלוי באנרגיה המגיעה מהשמש והגורמת לאידוי מים ששבים לאדמה כגשם. מי הגשם נלכדים מאחורי סכרים, משם מוזרמים לטורבינות וחוזר חלילה.
אנרגיה פוטו-חשמלית (photo-voltaic) – הפקת אנרגיה חשמלית באופן ישיר מלוחות (קולטנים), העשויים לרוב מסיליקון (silicon). אור השמש, שהוא אנרגיה אלקטרומגנטית, הפוגע בלוחות, מחולל בהם זרם חשמלי. את זרם החשמל ניתן לנצל באופן מיידי, או לאגור במצברים (סוללות) חשמליים.
ביו-אתנול, bio-ethanol: מיצוי וזיקוק של כהלים הנוצרים בתום התססה ופירוק ביולוגי של צמחים הגדלים ביבשה, כמו קנה סוכר, או הגדלים בים, כמו אצות.
ביו-דיזל, bio-diesel: מופק משמנים צמחיים, שומנים מן החי וחומרי סיכה (grease) ממוחזרים. ניתן להשתמש בדלקים אלה במצבם הטהור או לערבבם עם דלקים שמקורם בנפט כדי לשפר את יעילות השריפה ולצמצם את כמות המזהמים הנפלטת בתהליך השריפה של דלקים על בסיס נפט בלבד.
ביו-גז, bio-gas: חומר בעירה גזי המופק ממטמנות פסולת אורגנית ("מזבלות") או מפסולת אורגנית אחרת, למשל פסולת מרפתות ומדירים. החומרים האורגניים עוברים פירוק ללא נוכחות חמצן, anaerobic, שבמהלכו מתקבל בעיקר גז מתאן, שאותו ניתן לשרוף ולהפיק ממנו אנרגיה.
ניצול ישיר של זרם המים. על-פי גישה זו מציבים טורבינות לאורך החוף, במקומות מתאימים, וחושפים אותן לזרם הגאות או השפל. החיסרון העיקרי נובע מכך שעוצמת זרם המים אינה קבועה, אלא מחזורית, בהתאם למופע של הגאות המתחלפת לשפל וחוזר חלילה.
יצירת מאגרים המסוגלים לקלוט כמות מים גדולה בזמן גאות, ושחרור של המים דרך טורבינות מפיקות חשמל בזמן שפל. המערך מבטיח עוצמות זרימה קבועות, אך חסרונו הוא בתשתיות הגדולות הנחוצות להקמתם של מאגרים בסמוך לקו החוף.
אנרגיה גיאותרמית (geothermal energy) – אנרגיה שמקורה בחום המצוי מתחת לפני הקרקע של כדור הארץ. מקורה של האנרגיה הזו הוא בתהליכי ההיווצרות של כדור הארץ ובחום המשתחרר בתהליכי הדעיכה של מינרלים בקיעים, רדיואקטיביים, המצויים באדמה. כללית, ככל שיורדים עמוק יותר לפנים כדור הארץ הטמפרטורה עולה. את החום המצוי בעומק האדמה ניתן לנצל לחימום ולהפקת קיטור, שבאמצעותו ניתן להניע טורבינות להפקת חשמל. הירידה לעומק האדמה ושאיבת החום ממנה מהווה אתגר הנדסי לא פשוט, ומחייבת להביא בחשבון שיקולים כבדי משקל של עלות מול כדאיות. יחד עם זאת, במקומות מסוימים מצויים "מרבצים חמים" בסמוך לפני הקרקע, כך ששאיבת האנרגיה פשוטה יחסית, ושם אכן ממוקמות תחנות כוח גיאו-תרמיות.