火力发电的主要问题是环境污染，火力发电在消耗大量资源的同时，也对环境造成了破坏。火力发电厂对环境的污染主要是大气污染和热污染，排放的气体主要有粉尘、硫化物、氮氧化物、水蒸气和一些重金属等，热污染对于小区气候也有影响。工业废水对环境的影响主要是冷却水的影响，冷却水的排放会让下水道的水体迅速升温，既会影响污水处理厂的运行，也会对周围居民的生活造成影响。
火力发电厂的大气污染程度和废气中的含硫量有关，如果煤的质量较好的话，废气中就主要为二氧化碳和固体颗粒物，这会对自然环境造成污染，还可能引起全球气候变暖。如果废气中含硫量较高，且脱硫设备不是很完善，则二氧化硫的排放情况就可能不达标。鉴于火力发电废气中含有二氧化硫，必须对废气进行脱硫处理，目前火力发电厂使用较广的技术是烟气脱硫工艺。
废气中的粉尘会使空气变得浑浊，人们长期呼吸这种空气会使肺部产生病变，这就需要有专业的吸收设备，如静电除尘塔。此外，火力发电厂内往往有面积较大的露天煤场，当刮大风的时候，空气中的灰尘就会明显增加，目前只能通过浇水来减少扬尘。事实上，不仅火力发电具有环境污染的情况，发电比例占第二(14．6%)的水力发电同样存在污染的情况。
虽然与火力发电相比，水力发电不存在大气污染，但水力发电若不严格管控也会对所在地的生态环境造成破坏。首先，水力发电可能会威胁鱼类等水生生物的生命，再者在河流蓄水的过程会减缓河流流速，从而可能会导致河流中污泥的淤积。同时，由于水力发电的电动机是直接与河流接触的，所以电动机的散热也是对河流的一种污染。
对于核力发电，若造成核泄漏，后果不堪设想，并且核废料的处理也是一个棘手的难题。其它形式的发电，如太阳能电池发电虽然对环境的污染低，但由于太阳能电池技术的高成本和低光电转换效率，其市场推广性还较低，总体发展趋势还是任重而道远。
