Uma mistura de substâncias orgânicas utilizadas em motores de combustão interna e obtidas à partir do tratamento da biomassa vegetal (geralmente espécies agrícolas). É muito menos poluente do que os combustíveis fósseis. Os mais utilizados e desenvolvidos são o bioetanol e o biodiesel, como substitutos da gasolina.

A produção de biocombustíveis de primeira geração de açúcar, amido ou óleo vegetal é amplamente criticada, devido aos custos econômicos e ambientais associados ao processo de refino e à possível conversão de vastas áreas de terra arável para produção de alimentos, o que eleva os preços dos alimentos, com impactos sociais significativos.

A pesquisa tem como foco o desenvolvimento de biocombustíveis de segunda geração de matéria-prima sustentável (vegetais não alimentícios de rápido crescimento com alta densidade e quantidade de energia armazenada em seus componentes químicos), como materiais lignocelulósicos, como biomassa lenhosa, resíduos de madeira, resíduos municipais ou outros, através de transformações fermentativas, enzimáticas e químicas, de modo a não competir com a demanda de produção de alimentos. Muitos ainda estão em fase de desenvolvimento, como etanol de celulose, combustível de algas, biohidrogênio, biometano, DMF, BioDME, diesel de processo Fischer-Tropsch, diesel de biohidrogênio, misturas de álcool, diesel de madeira, entre outros.