
Biomasse kann auf unterschiedlichste Weise zur Energiegewinnung eingesetzt werden: für den Wärmebedarf, zur Stromerzeugung oder als Kraftfahrzeugtreibstoff. Strom produzierende Biomassekraftwerke arbeiten ähnlich wie Erdgas- oder Kohlekraftwerke. Biomasseanlagen mit Kraft-Wärme- Kopplungs-Technik produzieren Strom und gleichzeitig Wärme, die zu nahegelegenen Haushalten oder Betrieben geleitet wird. Biomasse- und Biogaskraftwerke müssen kleiner dimensioniert werden als Kohle- oder Erdgaskraftwerke, denn um Transport-Emissionen zu vermeiden, sollte der Brennstoff möglichst in der Region angebaut werden. Kleine Biomasse-Heizsysteme, die beispielsweise aus Abfällen der Holzindustrie hergestellte Holz-Pellets verwenden, können anstelle von Erdgas oder Erdöl zur Heizung von Einfamilienhäusern eingesetzt werden.
Es gibt verschiedene Verfahren zur Erzeugung von Energie aus Biomasse. Man unterscheidet thermische Systeme, u.a. die Direktverbrennung entweder von festen, flüssigen oder gasförmigen Stoffen, die durch Pyrolyse oder Vergasung hergestellt werden, und biologische Systeme, darunter die Zersetzung von fester Biomasse in flüssige oder gasförmige Stoffe durch Prozesse wie Gärung (anaeroben Abbau) und Fermentation.

Vorteil der Biomasse gegenüber den regenerativen Energien Sonne und Wind ist ihre Speicherfähigkeit. Die Bioenergie ist dadurch verfügbar, wenn sie gebraucht wird. Auch die gleichzeitige Herstellung von Strom und Wärme (Stichwort: Kraft-Wärme Kopplung) macht diesen Energieträger besonders attraktiv. Sie hat aber einen großen Nachteil gegenüber Sonne und Wind: Sie ist nicht unerschöpflich. Die vorhandenen Flächen für die Produktion von Biomasse sind begrenzt, fruchtbare Böden sind weltweit eine knappe Ressource, die zudem durch Erosion und Klimawandel bedroht ist. Auf den knappen landwirtschaftlichen Flächen konkurriert die Produktion von Bioenergie mit der Produktion von Nahrungsmitteln oder anderen Rohstoffen (z. B. Baumwolle).
Auf dem freien Weltmarkt haben Autofahrer aus den Industrieländern mehr Kaufkraft als die Bevölkerung der Entwicklungs- und Schwellenländer, und die Produktion von Pflanzen für unsere Autoflotte droht in direkte Konkurrenz zur Nahrungsmittelproduktion zu geraten. Kommt es zu einer Ausweitung von landwirtschaftlichen Flächen oder Plantagen für die energetische Biomasseerzeugung, so werden dafür Naturräume wie Wälder, Savannen oder Feuchtgebiete zerstört. Die nicht nachhaltigen landwirtschaftlichen Methoden der konventionellen intensiven Landwirtschaft, die bei der Biomasseproduktion zur Anwendung kommt, bedrohen die Artenvielfalt, verschmutzen Wasser und Böden, erhöhen das Erosionsrisiko und tragen durch hohen Energieinput ihrerseits zum Treibhauseffekt bei.
Die Bioenergie-Nutzung muss aus Klimaschutzgründen ausgebaut werden, darf aber nicht zu Umweltschäden oder sozialen Problemen führen. Daher muss der Ausbau nach ökologischen und nachhaltigen Kriterien erfolgen. Besonders effizient ist der Einsatz von Bioenergie bei der gleichzeitigen Strom- und Wärmeproduktion, daher sollte Biomasse in erster Linie im stationären Bereich eingesetzt werden. Im mobilen Sektor soll Biomasse in Form von alternativen Treibstoffen langfristig fossile Energieträger wie Öl und Gas ersetzen. Da der Einsatz von Biomasse für die Wärme- und Stromproduktion zunächst jedoch viel effizienter ist, bedeutet Klimaschutz im Verkehrsbereich in absehbarer Zeit vor allem Verringerung der Fahrleistung und des Verbrauchs, sprich: Effizienzsteigerung.