В элементарный химический состав входят горючие вещества: углерод С, водород Н, сера S. Кроме того, топливо содержит кислород О, азот N, находящиеся в сложных соединениях, негорючие минеральные вещества, превращающиеся при сжигании в золу А и влагу W.
Углерод С – основная составляющая топлива, в котором он находится в виде сложных соединений с другими элементами. Содержание его в антраците до 93 %, в мазуте до 85 %, в древесине около 50 %. Теплота сгорания углерода около 33 МДж/кг.
Водород Н – имеется во всех топливах в количестве 3…5 % и только в мазуте его содержание составляет 12…14 %. Водород находится в топливе в виде различных соединений. Горит только водород не связанный с кислородом топлива. Теплота сгорания водорода 120 МДж/кг.
Сера S – в топливе бывает в основном в двух видах: в сернистых соединениях с металлами (FeS2, ZnS и др.) и в сернокислых соединениях (FeSO4, MgSO4, CaSO4 и др.). В первом случае сера может гореть и составляет летучую горючую серу. Во втором случае сера не горит. В твёрдом топливе содержание серы достигает 8 %, в жидком 3,5 %. Теплота сгорания серы около 9 МДж/кг.
Кислород О – является балластом топлива, так как вступая с горючими элементами в реакцию, окисляет их и этим понижает тепловую ценность топлива. Содержание кислорода колеблется от долей процента в мазуте и каменных углях до 45 % в дровах.
Азот N2 – элемент инертный, не участвующий в реакции горения. В твёрдом топливе содержание доходит до 3 %, в мазуте доли процента. Азот топлива при температуре свыше 1550 оС превращается в токсичные окислы NO и NO2.
Зола А представляет собой негорючую минеральную часть топлива. Зольность колеблется от долей процента в мазуте до 55 % в угле.
Влага W, находящаяся в топливе, понижает его тепловую ценность, так как на её испарение расходуется часть тепла топлива. В жидком топливе влага составляет около 1 %, в газообразном её почти нет, а в углях – 1,5…2,5 %.