Uusiutuvia energiamuotoja ovat aurinkoenergia, tuulivoima, vesivoima, maaperän varastoima lämpö ja biomassat. Niillä tuotetaan Suomessa tällä hetkellä noin neljäosa energiasta. Energiatehokkuuden lisääminen ja hukkalämmön talteenotto ovat myös tärkeässä roolissa.

Ilmastonmuutoksen torjunnassa fossiilisten polttoaineiden korvaaminen uusiutuvalla energialla on keskiössä. Myös uusiutuvilla energiamuodoilla on kuitenkin vaikutuksensa, eivätkä kaikki ratkaisut ole automaattisesti kestäviä. Monesti hajatuotettu energia ja pienvoimalat ovat kestävämpiä ratkaisuja, kuin suuret infrastruktuurihankkeet. Molempia nähdään tulevaisuudessa yhä enemmän.

Bioenergiasta puhutaan paljon kivihiilen korvaajana. Talvien lämmöntarpeen kattamiseksi sillä voi olla osuutensa kokonaisuudessa, mutta kaiken fossiilisen energian korvaamiseen biomassajakeet eivät ole ilmaston tai luonnon kannalta kestävä ratkaisu, jos ne esimerkiksi lisäävät metsähakkuita. Siirtymässä uusiutuvaan energiaan on huomioitava oikeudenmukaisuus – se, että fossiiliteollisuudessa työskennelleet löytävät uusia työpaikkoja, ja että siirtymän kustannukset eivät kohdistu pienituloisiin.

Moni kehittyvä maa kuten Kiina ja Intia ovat tehneet merkittäviä sijoituksia uusiutuvaan energiaan. Intian tavoitteena on olla kolmanneksi suurin aurinkoenergian tuottaja maailmassa. Parhaillaan rakennetaan aurinkoenergiaa niin paljon, että auringon paistaessa se tuottaa sadan ydinvoimalan verran sähköä. Kiinasta puolestaan on tullut maailman suurin uusiutuvaan energiaan investoija. Maassa keskeytettiin juuri sadan suuren hiilivoimalan rakentaminen, ja hiilidioksidipäästöjen kasvu on ollut muutaman vuoden pysähdyksissä.