در زمان‌های مختلف و در مکان‌های مختلف در گذشته زمین‌شناسی زمین، گیاهانی وجود داشته‌اند که بخش‌هایی از آنها به تدریج به زمین‌های پست رفته و تجمع‌های پودر زغال سنگ را تشکیل می‌دهند.
با افزایش لایه خاک بالای آنها، فشار افزایش یافت. با پایین آمدن دما نیز افزایش یافت. در چنین شرایطی، مواد گیاهی از تخریب زیستی و اکسیداسیون محافظت می‌شدند. کربنی که توسط گیاهان در زمین‌های ذغال سنگ نارس بزرگ جمع‌آوری شده بود.
در نهایت توسط رسوبات پوشیده و عمیقا مدفون شد. تحت فشار و دمای بالا، پوشش گیاهی مرده به تدریج به پودر زغال برای سیاه قلم سنگ تبدیل می شود. از آنجایی که پودر زغال سنگ عمدتاً از کربن، هیدروژن، اکسیژن تشکیل شده است.
تبدیل بقایای گیاهی به زغال سنگ را کربنیزاسیون می نامند. در همان زمان، تعداد اتم های هیدروژن و اکسیژن در مولکول های زغال سنگ کاهش می یابد و مقدار کربن افزایش می یابد. زغال سنگ زمانی تشکیل می شود.
مواد گیاهی در حال پوسیدگی سریعتر از تجزیه باکتریایی انباشته شوند. محیط ایده آل برای این کار در باتلاق ها ایجاد می شود، جایی که آب راکد، فاقد اکسیژن، از فعالیت حیاتی باکتری ها جلوگیری می کند.
در نتیجه توده گیاهی را از نابودی کامل محافظت می کند. در مرحله خاصی از فرآیند، اسیدهای آزاد شده از فعالیت بیشتر باکتری جلوگیری می کنند. بنابراین ذغال سنگ نارس وجود دارد. محصول اولیه برای تشکیل زغال سنگ اگر در زیر رسوبات دیگر دفن شود.
ذغال سنگ نارس تحت فشار قرار می گیرد و با از دست دادن آب و گازها، به زغال سنگ تبدیل می شود. برای تشکیل پودر زغال سنگ، تجمع فراوان توده گیاهی ضروری است. در باتلاق های ذغال سنگ نارس باستانی، با شروع از دوره دونین (حدود 400 میلیون سال پیش)، مواد آلی انباشته می شوند.
از آن پودر زغال سنگ های فسیلی بدون دسترسی به اکسیژن تشکیل شده است. بیشتر ذخایر زغال سنگ فسیلی تجاری مربوط به این دوره است، اگرچه ذخایر جوان تری نیز وجود دارد. سن باستانی ترین زغال سنگ ها در حدود 300-350 میلیون سال تخمین زده می شود.
