Obnovitelné zdroje energie jsou přírodní energetické zdroje, které mají schopnost částečné nebo úplné obnovy. Patří mezi ně především sluneční, větrná a vodní energie a biomasa. V některých částech světa lze využít také energii mořského přílivu nebo geotermální energii (energie pocházející z nitra Země). V našich podmínkách má největší potenciál biomasa, potenciál velkých vodních elektráren je v České republice prakticky vyčerpán (malé vodní elektrárny lze ale stále stavět). Sluneční energii i větrnou energii využíváme v České republice zatím jen částečně, ale díky dotacím a podpoře ze strany státu i Evropské unie se situace postupně mění.
Sluneční energie
Slunce předává Zemi svou energii ve formě záření. 
Sluneční záření je základním obnovitelným zdrojem energie a většina energie ostatních obnovitelných zdrojů má svůj původ v energii Slunce. Solární energii lze pomocí solárních, resp. termických a fotovoltaických kolektorů přeměňovat na teplo nebo elektřinu.
Sluneční záření využíváme i pasivními metodami bez použití technických zařízení (tzv. solární architektura).
Efektivní využití sluneční energie ovlivňují dva hlavní faktory: intenzita slunečního záření (v tuzemsku je průměrná intenzita slunečního záření 950–1 340 kWh na m2 za rok) a doba slunečního záření (v ČR je to v průměru 1 300–1 800 hodin ročně). V našich podmínkách je rozdíl mezi množstvím slunečního záření v jednotlivých ročních obdobích podstatný, a proto zasahuje výrazně do hodnocení ekonomické efektivity solárního systému.
Větrná energie
Větrná energie je formou sluneční energie. Vzniká při nerovnoměrném ohřívání Země, což způsobuje tlakové rozdíly v atmosféře, které se vyrovnávají prouděním vzduchu. Energie větru je v dnešní době využívána především k výrobě elektřiny. Existují dva základní druhy větrných elektráren: systémy dodávající elektřinu do rozvodné sítě (grid-on) a systémy nezávislé na rozvodné síti (grid-off).Pro využívání větrné energie je nejdůležitější veličinou rychlost větru. Lokalita vhodná pro výstavbu větrné elektrárny by měla mít průměrnou rychlost větru minimálně cca 5 m/s. V České republice jsou pro výstavbu větrných elektráren vhodné horské lokality a podle propočtů by 3–4 % celkové roční spotřeby elektřiny mohly být pokryty elektřinou vyrobenou ve větrných elektrárnách. Provoz větrných elektráren se ale setkává s negativními názory, kdy jejich odpůrci argumentují především narušením krajinného rázu.
Vodní energie
Vodní energie vzniká při koloběhu vody na Zemi působením sluneční energie a gravitační síly Země. Vodní energie je využívána pro výrobu elektřiny ve vodních elektrárnách. Pro výrobu elektřiny se využívá proudění vody (kinetická energie – rychlost a spád toku) a tlaku (potenciální energie – gravitace a výškový rozdíl hladin), popř. spolupůsobení těchto veličin. Podle výkonu rozlišujeme tzv. velké vodní elektrárny a malé vodní elektrárny. V České republice se za malou vodní elektrárnu považuje zdroj s instalovaným výkonem do 10 MW, v Evropské unii do 5 MW). Potenciál velkých vodních elektráren je v ČR prakticky vyčerpán. Síť malých vodních elektráren je možné rozšiřovat zejména v místě bývalých mlýnů, jezů, popř. pil. Vodní elektrárny jsou v tuzemsku v současnosti mezi obnovitelnými zdroji dominantním zdrojem elektřiny. Významný podíl na tom mají především velké zdroje na tzv. vltavské kaskádě (tři největší elektrárny – Orlík, Slapy a Lipno). Malých vodních elektráren je v současnosti na našem území více než 500, potenciál těchto zařízení není vyčerpán, ale zprovoznění nových malých elektráren je omezeno ekonomickou nevýhodností projektů a dlouhou návratností vložených financí. Situaci zlepšuje možnost využití dotačních programů.
Energie biomasy
Biomasa je hmota organického původu (rostlinná i živočišná). Energie biomasy má původ ve slunečním záření, proto bývá řazena mezi obnovitelné zdroje energie. Pro energetické účely se využívá cíleně pěstovaná rostlinná biomasa (tzv. energetické plodiny) a odpady zemědělské, lesní, popř. potravinářské produkce.
Biomasa může být využita pro výrobu elektřiny a může sloužit k pohonu vozidel. Energii z biomasy lze získat chemickými, popř. bio-chemickými procesy. Základní technologií je spalování. Doplňují ho další technologie, jako jsou zplyňování, pyrolýza, zkapalňování, esterifikace, fermentace, lisování, kvašení aj.
Geotermální energie a energie prostředí
Geotermální energie je tepelnou energií jádra Země. Využívá se ve své základní formě pro vytápění nebo je v geotermálních elektrárnách transformována na energii elektrickou. Geotermální elektrárny fungují na principu suché páry (pára ze země pohání turbínu), mokré páry (voda je přeměněna na páru a ta pohání turbínu) a dále existuje horkovodní systém (zapojení výměníku – voda s nízkou teplotou předá teplo organické kapalině). Řada států využívá geotermální energii k různým účelům, v České republice se geotermální energie používá na vytápění a projekty geotermálních elektráren jsou ve fázi příprav. Mezi obnovitelné zdroje energie je zvykem zařazovat i energii okolního prostředí (vzduch, voda, půda), kterou lze využívat pomocí tepelného čerpadla. Tepelná čerpadla mohou být součástí ústředního vytápění, teplovzdušného vytápění a klimatizace. Běžně tepelné čerpadlo spotřebuje třetinu až čtvrtinu energie, kterou do systému dodá, což je rozhodující faktor pro úsporný provoz.
Podpora obnovitelných zdrojů energie ve světě a u nás
Obnovitelné zdroje energie jsou v civilizovaném světě v současnosti zvýhodňovány vůči převládajícím tradičním fosilním zdrojům energie (uhlí, ropa). Podporou obnovitelných zdrojů energie má dojít v blízké budoucnosti ke snížení emisí skleníkových plynů, a tím ke zmírnění globálního oteplování. Také Česká republika přistoupila na opatření podporující obnovitelné zdroje energie, a to jednak garantovanou výkupní cenou elektřiny, dále pomocí tzv. zelených bonusů a dotacemi na úrovni mezinárodní i národní.