Kivihiili koostuu pääasiassa hiilestä ja vedystä.
Näiden kahden alkuaineen atomit ovat hiilessä yhdistyneet lujilla sidoksilla, joiden murtamiseen tarvitaan paljon lämpöenergiaa.
Palaessaan eli yhtyessään happeen hiili kuitenkin vapauttaa enemmän energiaa kuin atomisidosten murtamiseen tarvitaan. Tämä ylimääräinen energia tehostaa hiilen palamista.