煤是一种由古代植物遗体堆积在湖泊、海湾、浅海等地，经生物化学和物理化学作用转化而成的具有可燃性的沉积岩。其主要化学成分包括碳、氢、氧、氮、硫等元素。在显微镜下，可以看到煤中有植物细胞组成的孢子、花粉等，在煤层中也能发现植物化石，这些都证明了煤的形成过程。

科学家们通过地质考察研究发现，地球上曾经存在过气候潮湿、植物茂盛的时代，如石炭纪、二迭纪（约3亿年前）、侏罗纪（约1.3亿～1.8亿年前）等。在这些时期，大量植物在封闭的湖泊、沼泽或海湾等地堆积，迅速被泥砂覆盖，经过亿万年，植物最终转变成煤，而泥砂则变成了砂岩或页岩。

由植物变成煤的过程大致可分为三个阶段。首先是菌解阶段，即泥炭化阶段。当植物堆积在水下并被泥砂覆盖时，逐渐与氧气隔绝，由嫌气细菌参与作用，促使有机质分解形成泥炭。泥炭质地疏松、褐色、无光泽、比重小，含有有机质残体，用火柴可点燃，但烟浓灰多。

接下来是煤化作用阶段，即褐煤阶段。当泥炭被沉积物覆盖形成顶板后，细菌作用逐渐停止，泥炭开始压缩、脱水并胶结，碳含量进一步增加，形成褐煤。褐煤颜色为褐色或接近黑色，光泽暗淡，基本不见有机物残体，质地较泥炭致密，用火柴可点燃，但有烟。

最后是变质阶段，即烟煤及无烟煤阶段。如果褐煤埋藏在地下较深位置，将受到高温高压的作用，其化学成分发生变化，主要表现为水分和挥发成分减少，含碳量相对增加，物理性质也发生变化，密度、比重、光泽和硬度增加，形成烟煤。烟煤颜色为黑色，有光泽，质地致密，用蜡烛可点燃，火焰明亮，有烟。烟煤进一步变质，成为无烟煤。无烟煤颜色为黑色，质地坚硬，有光泽，用蜡烛无法点燃，燃烧无烟。