Σύμφωνα με τον Ευρωπαϊκό Οργανισμό Περιβάλλοντος, ο τομέας των μεταφορών συνεισφέρει σημαντικά στην ατμοσφαιρική ρύπανση, την ηχορύπανση και την κλιματική αλλαγή.
Τα περισσότερα αυτοκίνητα που χρησιμοποιούνται κατά τη δεκαετία του 2010 λειτουργούν με βενζίνη που καίγεται σε κινητήρα εσωτερικής καύσης. Ο Διεθνής Οργανισμός Κατασκευαστών Αυτοκινήτων λέει ότι, σε χώρες που επιβάλλουν βενζίνη χαμηλής περιεκτικότητας σε θείο, τα βενζινοκίνητα αυτοκίνητα που κατασκευάζονται με πρότυπα τέλη 2010 (όπως το Euro-6) εκπέμπουν πολύ μικρή τοπική ατμοσφαιρική ρύπανση. Ορισμένες πόλεις απαγορεύουν τα παλαιότερα βενζινοκίνητα αυτοκίνητα και ορισμένες χώρες σκοπεύουν να απαγορεύσουν τις πωλήσεις τους στο μέλλον. Ωστόσο, ορισμένες περιβαλλοντικές ομάδες αναφέρουν ότι αυτή η σταδιακή κατάργηση των οχημάτων με ορυκτά καύσιμα πρέπει να προωθηθεί για να περιοριστεί η κλιματική αλλαγή. Η παραγωγή βενζινοκίνητων αυτοκινήτων έφτασε στο ανώτατο όριο το 2017. 
Άλλα ορυκτά καύσιμα υδρογονανθράκων που καίγονται επίσης στα αυτοκίνητα με κινητήρα εσωτερικής καύσης περιλαμβάνουν το πετρέλαιο, το υγραέριο και το φυσικό αέριο. Η αφαίρεση των επιδοτήσεων ορυκτών καυσίμων, οι ανησυχίες για την εξάρτηση από το πετρέλαιο, οι αυστηρότεροι περιβαλλοντικοί νόμοι και οι περιορισμοί των εκπομπών αερίων θερμοκηπίου προωθούν τις εργασίες για εναλλακτικά συστήματα ισχύος για αυτοκίνητα. Αυτό περιλαμβάνει τα υβριδικά οχήματα, τα ηλεκτροκίνητα οχήματα και τα οχήματα υδρογόνου. 2,1 εκατομμύρια ελαφρά ηλεκτρικά οχήματα πωλήθηκαν το 2018, και από αυτά πάνω από τα μισά ήταν στην Κίνα: αύξηση 64% σε σχέση με το προηγούμενο έτος, δίνοντας συνολικό άθροισμα στο δρόμο των 5,4 εκατομμυρίων. Οχήματα που χρησιμοποιούν εναλλακτικά καύσιμα όπως οχήματα αιθυλενίου με ευέλικτο καύσιμο και οχήματα φυσικού αερίου κερδίζουν επίσης δημοτικότητα σε ορισμένες χώρες. Τα αγωνιστικά αυτοκίνητα ή αυτοκίνητα με ρεκόρ ταχύτητας έχουν χρησιμοποιήσει μερικές φορές κινητήρες τζετ ή πυραύλων, οι οποίοι όμως δεν είναι πρακτικοί για κοινή χρήση.