Trong suốt 250 năm hình thành và phát triển, cơ cấu tiêu thụ năng lượng tại Hoa Kỳ đã chuyển dịch mạnh mẽ từ sinh khối (củi) sang các dạng năng lượng hiện đại gồm hydrocacbon, điện hạt nhân và năng lượng tái tạo. Theo dữ liệu năm 2025 từ Cơ quan Thông tin Năng lượng Hoa Kỳ (EIA), tổng lượng năng lượng tiêu thụ đạt 96 triệu tỷ BTU (quads), tăng 2% so với năm 2024 nhưng vẫn thấp hơn mức kỷ lục 99 quads ghi nhận năm 2007. Dầu mỏ hiện vẫn là nguồn năng lượng chủ đạo, theo sau là khí thiên nhiên. Năng lượng tái tạo, than đá và điện hạt nhân mỗi nguồn chiếm khoảng 9% tổng cơ cấu. Dù sự xuất hiện của điện hạt nhân và năng lượng tái tạo (gió, mặt trời) đã làm giảm tỷ trọng của nhiên liệu hóa thạch, nhóm này vẫn chiếm tới 82% tổng năng lượng tiêu thụ tại Hoa Kỳ tính đến năm 2025.

Giai đoạn thế kỷ 18 và 19 (1776–1900): Kỷ nguyên của củi và sự khởi đầu của than đá

Vào năm 1776, củi là nguồn năng lượng chính cho sưởi ấm, nấu nướng và chiếu sáng. Đến giữa thế kỷ 19, than đá dần phổ biến nhờ sự phát triển của động cơ hơi nước và đường sắt. Từ mức 9% vào năm 1850, tỷ trọng tiêu thụ than đá tăng lên 27% vào năm 1870, vượt qua củi để trở thành nguồn năng lượng lớn nhất vào khoảng năm 1885. Cuối thế kỷ 19 cũng đánh dấu sự ra đời của điện năng, với các nhà máy thủy điện đầu tiên đi vào vận hành và nhà máy nhiệt điện than đầu tiên tại New York năm 1882.

Giai đoạn đầu thế kỷ 20 (1901–1950): Sự thống trị của dầu mỏ

Đầu thế kỷ 20 là giai đoạn công nghiệp hóa mạnh mẽ với sự bùng nổ của dầu mỏ. Sau phát hiện tại Spindletop (Texas) năm 1901, sản lượng dầu thô tăng vọt để đáp ứng nhu cầu trong các cuộc chiến tranh và sự phổ biến của ô tô. Từ việc chủ yếu dùng làm dầu hỏa chiếu sáng trong thế kỷ 19, dầu mỏ đã trở thành nhiên liệu vận tải chủ chốt vào thế kỷ 20. Đến năm 1950, dầu mỏ chính thức vượt qua than đá để trở thành nguồn năng lượng được sử dụng nhiều nhất tại Hoa Kỳ. Khí thiên nhiên cũng bắt đầu mở rộng mạng lưới đường ống dẫn vào năm 1925, trong khi lưới điện phủ sóng gần như toàn bộ đất nước vào năm 1950.

Giai đoạn cuối thế kỷ 20 (1951–2000): Tăng trưởng và Điện hạt nhân

Nhu cầu tiêu thụ năng lượng tăng nhanh nhờ sự phát triển của vận tải hàng không và hệ thống đường cao tốc liên bang. Dù chịu ảnh hưởng của hai cuộc khủng hoảng dầu mỏ thập niên 1970, nhu cầu dầu mỏ nhìn chung vẫn tăng. Điện năng trở thành động lực tiêu thụ với sự hỗ trợ từ các nhà máy nhiệt điện than và điện hạt nhân – nguồn năng lượng mới bắt đầu đi vào vận hành thương mại từ năm 1957. Đội tàu hạt nhân Hoa Kỳ đạt đỉnh với 112 tổ máy vận hành trong giai đoạn này.

Thế kỷ 21 (2001–2025): Chuyển dịch sang khí thiên nhiên và năng lượng tái tạo

Thế kỷ 21 ghi dấu sự tiến bộ trong công nghệ khoan ngang và nứt vỡ thủy lực, giúp khí thiên nhiên từ đá phiến trở nên dồi dào và giá rẻ. Từ năm 2011 đến 2020, hàng loạt nhà máy nhiệt điện than đã chuyển đổi sang sử dụng khí thiên nhiên. Đến năm 2025, khí thiên nhiên là nguồn phát điện chủ lực và phổ biến nhất cho sưởi ấm gia đình.

Đáng chú ý, năm 2022, tiêu thụ năng lượng tái tạo vượt qua điện hạt nhân; và năm 2023, năng lượng tái tạo vượt qua than đá. Trong năm 2025, điện gió và điện mặt trời đã chiếm tỷ trọng lớn hơn thủy điện. Nhiên liệu sinh học (ethanol, biodiesel) trở thành nguồn năng lượng tái tạo được sử dụng nhiều nhất từ năm 2016. Gần đây, nhu cầu điện năng tăng trở lại do sự phát triển của các trung tâm dữ liệu, khai thác tiền mã hóa và xe điện (EV). EIA dự báo nhu cầu điện sẽ tăng trưởng nhanh nhất kể từ năm 2000 đến cuối năm 2027, phần lớn do áp lực từ các trung tâm dữ liệu.