Proses pembentukan batubara terdiri atas dua tahap, yaitu:
1. Tahap Biokimia (penggambutan)
Tahap biokimia adalah tahap ketika sisa-sisa tumbuhan yang terakumulasi tersimpan dalam kondisi bebas oksigen (anaeorobik) di daerah rawa dengan sistem penisiran (drain age system) yang buruk dan selalu tergenang air beberapa inci dari permukaan air rawa.
Material tumbuhan yang busuk tersebut melepaskan unsur H, N, O,dan C dalam bentuk senyawa CO2,H2O dan NH3 untuk menjadi humus. Selanjutnya oleh bakteri anaerobik dan fungi, material tumbuhan itu diubah menjadi gambut. (Stach, 1982, opcit.Susilawati 1992).
2. Tahap Pembatu-baraan (coalification)
Tahap Coalification merupakan proses diagenesis terhadap komponen organik dari gambut yang menimbulkan peningkatan temperatur dan tekanan sebagai gabungan proses biokimia, kimia dan fisika yang terjadi karena pengaruh pembebanan sedimen yang menutupinya dalam kurun waktu geologi.
Pada tahap tersebut, persentase karbon akan meningkat, sedangkan persentase hidrogen dan oksigen akan berkurang sehingga menghasilkan batubara dalam berbagai tingkat maturitas material organiknya. (Fischer,1927, op cit. Susilawati 1992).
Berdasarkan tingkat proses pembentukannya yang dikontrol oleh tekanan, panas dan waktu batubara umumnya dibagi dalam lima kelas, yaitu : gambut, lignit, sub-bitumus, bituminus, dan antrasit.
Pada dasarnya terdapat dua jenis material yang membentuk batubara, yaitu :
- Combustible Material, yaitu bahan atau material yang dapat dibakar/ dioksidasi oksigen. Material tersebut umumnya terdiri dari karbon padat (fixed carbon), senyawa hidro karbon, total sulfur, senyawa hidrogen, dan beberapa senyawa lainnya dalam jumlah kecil.
- Non Combustible Material, yaitu bahan atau material yang tidak dapat dibakar/dioksidasi oleh oksigen. Material tersebut umumnya terdiri dan senyawa anorganik (SiO2, A12O3, Fe2O3, TiO2, Mn3O4, CaO, MgO, Na2O,K2O dan senyawa logam lainnya dalam jumlah kecil) yang akan membentuk abu dalam batubara. Kandungan non combustible material ini umumnya tidak diingini karena akan mengurangi nilai bakarnya.