الكتل الحيوية هي مواد من كائنات حية حديثة (فارقت الحياة) تستخدم لإنتاج الطاقة الحيوية. تشمل الكتل الحيوية الأخشاب ومخلفات الأخشاب ومحاصيل الطاقة والمخلفات الزراعية والنفايات العضوية من الصناعة والمنازل. تُعتبر مخلفات الخشب والخشب أكبر مصدر للكتل الحيوية حاليًا. يمكن استخدام الخشب كوقود مباشرة أو معالجته على شكل جسيمات خشبية مضغوطة أو أشكال أخرى من الوقود. يمكن أيضًا استخدام نباتات أخرى كوقود، مثلًا الذرة والعشب والحشيشة الفضية والخيزران. نفايات المواد الأولية الرئيسية هي نفايات الخشب والنفايات الزراعية والنفايات المحلية الصلبة ومخلفات الصناعة. يمكن ترقية الكتل الحيوية الخام إلى أنواع وقود عالية الجودة بطرق مختلفة، مصنفة على نطاق واسع على أنها حرارية أو كيميائية أو كيميائية حيوية.
يختلف تأثير الطاقة الحيوية على المناخ بشكل كبير اعتمادًا على مصدر المواد الأولية للكتل الحيوية وكيفية زراعتها. مثلًا، يؤدي حرق الأخشاب للحصول على الطاقة إلى إطلاق ثاني أكسيد الكربون؛ يمكن تخفيف هذه الانبعاثات بدرجة كبيرة إذا استُبدلت الأشجار التي تُحصد بأشجار جديدة في غابة مدارة بشكل جيد، إذ تمتص الأشجار الجديدة ثاني أكسيد الكربون من الهواء أثناء نموها. مع ذلك، يمكن أن يؤدي إنشاء محاصيل الطاقة الحيوية وزراعتها إلى إزاحة النظم البيئية الطبيعية وتدهور التربة واستهلاك المياه والأسمدة الاصطناعية.
في عام 2020، أنتجت الكتل الحيوية 58 إكساجول من الطاقة، مقارنة بـ 172 إكساجول من النفط الخام، و157 إكساجول من الفحم، و138 إكساجول من الغاز الطبيعي، و29 إكساجول من الطاقة النووية، و16 إكساجول من الطاقة المائية، و15 إكساجول من الرياح والطاقة الشمسية والحرارة الجوفية مجتمعةً. يُستخدم نحو 86% من الطاقة الحيوية الحديثة للتدفئة، مع 9% للنقل و5% للكهرباء. تُنتج معظم الطاقة الحيوية العالمية من موارد الغابات.
يدعو سيناريو صافي الصفر لوكالة الطاقة الدولية لعام 2050 إلى التخلص التدريجي من الطاقة الحيوية التقليدية بحلول عام 2030، مع زيادة حصة الطاقة الحيوية الحديثة من 6.6% في عام 2020 إلى 13.1% في عام 2030 و18.7% في عام 2050. تعتقد الهيئة الحكومية الدولية المعنية بتغير المناخ أن الطاقة الحيوية تتمتع بإمكانية كبيرة للتخفيف من آثار تغير المناخ إذا استُغلت بشكل صحيح. تشمل معظم مسارات الهيئة الحكومية الدولية المعنية بتغير المناخ زيادة مساهمة الطاقة الحيوية بنسبة كبيرة في عام 2050 (بمتوسط 200 إكساجول).