能源材料的分类在国际上尚未有明确的规定，可以按材料种类来分，也可以按使用用途来分。大体上可分为燃料（包括常规燃料、核燃料、合成燃料、炸药及推进剂等）、能源结构材料、能源功能材料等几大类。按其使用目的又可以分成能源工业材料、新能源材料、节能材料、能源转换材料、储能材料等大类。

在新材料领域，能源材料往往指那些正在发展的、可能支持建立新能源系统满足各种新能源的转化和利用，以及节能技术的特殊要求的材料。比较重要的新能源材料有裂变反应堆材料（如铀、钚等核燃料、反应堆结构材料、慢化剂、冷却剂及控制棒材料等）、聚变堆材料（包括热核聚变燃料、第一壁材料、氚增值剂、结构材料等）、高能推进剂（包括液体推进剂、固体推进剂）、电池材料（锂离子电池、新型高能电池材料、超级电容器材料、光电及电光转换材料、太阳能电池、燃料电池材料、电解质等）、氢能源材料（固体储氢材料及其应用技术）、热电材料及压电材料、储能材料、超导材料（传统超导材料、高温超导材料及在节能、储能方面的应用技术）、其他新能源材料（如风能、生物质能、地热、磁流体发电技术中所需的材料等）。

世界经济的现代化与全球化，得益于化石能源，如石油、天然气、煤炭和核裂变能的广泛应用。或者说世界经济是建筑在化石能源的基础之上。然而，这一经济的资源载体将面临枯竭，而且矿物燃料燃烧造成了环境污染，使人类面临能源危机。解决能源危机的关键是能源材料的突破。

在化石能源催化转化材料方面，煤的清洁高效利用是中国式低碳经济的关键。从发电的角度看，煤炭清洁利用主要有两个方向，一个方向是超临界、超超临界燃煤发电技术。这种技术旨在让煤更有效率地燃烧，产生温度更高的蒸汽和压力。蒸汽被用来推动涡轮发电。该技术对污染物采取的是“尾部处理”的治理方式，即通过安装脱硫、脱尘及脱硝等设施实现排放达标。另一个方向是整体煤气化联合循环（integrated gasification combined cycle; IGCC）。与上述技术不同的是，IGCC采取的是先治理后发电的污染物控制策略，即先将煤进行气化处理，把气态煤中的污染物脱除后再燃烧发电。因此，IGCC能够更有效地控制二氧化硫、氮氧化物、粉尘和汞等污染物的排放。无论哪个方向，洁净煤燃烧的关键技术就是要除去硫化物与氮化物，这就需要耐蚀、抗磨蚀的合金钢及廉价的催化剂制造技术。超临界发电技术和整体煤气化联合循环技术都对材料有十分苛刻的要求，只有高质量的合金钢及高温合金才能满足高温（＞580℃）、高强（＞300大气压），抗蠕变、疲劳，耐蚀和长期工作（30万小时）的要求。为了保证安全，还要建立材料的长期实验数据库及长期寿命评估体系。从国际发展趋势来看，为了提高热效和增加机动性，需要发展大功率（＞100兆瓦）工业燃气轮机组，这就对材料提出了更高的要求。虽然已有制造航空发动机的基础，但工业燃气轮机的工作条件更为苛刻。以涡轮叶片为例，因采用劣质燃料，加上地面工况条件差，因此需要耐热腐蚀、抗冲刷的高温合金和涂层，特别是要其在高温（＞1300℃）下连续工作时间很长（以万小时计），其难度大为增加。燃气轮机叶片在尺寸上是航空叶片的10倍到几十倍，使用单晶叶片制作工艺会产生很大的难度。因此，工业燃气轮机的发展有可能推动工程陶瓷的应用。

新能源材料是实现新能源的转化和利用以及发展新能源技术中所要用到的关键材料，它是发展新能源的核心和基础。太阳能、风能、氢能、核能等新能源与可再生能源的开发利用也都依赖于先进材料的研究开发。太阳能光伏电池是将太阳能直接转换成电能的装置。因此，研制高效、长寿命、廉价的太阳能光伏转换材料，特别是还在研制的纳米半导体材料及有机光伏转换薄膜材料已成为太阳能新材料领域的重要课题。风车材料是风力发电的关键。在风能的开发利用中，要求风力发电的风车叶片必须具有足够的强度和抗疲劳性能。能量储存（储能）材料与技术是制约新能源、智能电网、电动汽车产业发展的瓶颈，能源生产与节能的先进技术无一不建立在新材料不断发展的基础之上。在氢能领域，围绕氢的制备、储存、应用的新材料开发也已成为研究的热点。特别是安全、高效的储氢材料与技术更是氢能规模利用的瓶颈。氢能和核能是新能源，但都存在安全使用问题。正在研究的纳米材料储氢能力高，受到广泛关注。在核能的开发方面，核电站的安全与废料处理均与材料有关，如核裂变反应堆中的包壳材料和抗辐射材料以及核聚变反应的耐超高温和抗氢脆材料等。

中国的能源体系正在从粗放、低效、高排放、欠安全的能源体系，逐步转型为节约、高效、清洁、多元、安全的现代能源体系。能源转型是国家经济转型的关键环节，也是社会进步的重要标志。实现低碳化、有序的能源结构是中国能源战略定位的根本，其方法包括提高燃烧效率以减少资源消耗；开发新能源，积极利用再生能源；开发新材料、新工艺，最大限度地实现节能等，能源材料特别是新能源材料将在这三个方面发挥重大作用。