식물 또는 식물 유래 자원 등을 열분해하거나 발효시키면 메탄 또는 에탄올, 수소와 같은 액체·기체의 연료를 얻을 수 있는데 이러한 에너지를 통틀어 바이오에너지라 한다. 이를 생산하기 위해서 옥수수, 보리, 콩과 같은 곡물이나 나무, 볏짚, 사탕수수 등의 식물이 이용된다. 바이오에너지는 이들의 당분을 발효시켜 만드는 바이오에탄올과 대두유, 팜유, 폐식용유 등에서 식물성 기름을 추출해 만드는 바이오디젤이 있다. 바이오에탄올은 휘발유에, 바이오디젤은 경유 연료에 섞어 사용할 수 있어 차량 연료 대체에너지로 활용되고 있다.
2050년까지 에너지 수요는 50%까지 증가하리라고 예측되고 있으며 최대수요자는 개발도상국이 될 것이다. 지금 사용되는 대부분의 에너지는 화석연료로서 사용량이 한정적이고 재생이 불가능하며 오염원이 된다는 단점이 있다. 브라질은 바이오에너지의 세계선구자로서 운송에 사용되는 연료의 30%가 바이오매스로부터 유래한 것이다. 게다가 많은 국가들은 운송을 위해 바이오연료를 도입하고 있다. 이는 오일 수입의존도를 낮추고 농촌 발달을 가속화시킬 수 있으며 농민들에게 또 다른 수입원을 제공할 수 있다. 이에 여러 국가들이 운송에 사용되는 바이오연료의 비중을 증가시키려고 한다. 미국은 2025년까지 바이오매스 유래 에너지로 석유의 30%를 대체하려는 계획을, 인도는 2012년까지 5%로부터 20% 까지 바이오연료의 비중을 높이는 계획을 가지고 있다.
바이오연료의 장점은 탄소중립형이라는데 있다. 바이오연료가 연소되는 과정에 방출되는 이산화탄소는 일차적으로 바이오매스 생산동안 광합성을 통해 대기로부터 제거되고, 결과적으로는 제로수준의 순 온실가스 방출을 야기한다고 볼 수 있다. 바이오연료는 휘발성 유기화합물의 방출을 감소시키는데, 이는 에탄올이 첨가된 가솔린 혼합물은 산화로 완전 연소가 가능하기 때문이다. 바이오연료는 생분해가 될 수 있고 유해하지 않기에 바이오연료의 유출은 화석 디젤의 유출보다 덜 위험하다.
바이오연료의 비용은 에너지가 어떤 작물에서 유래했는지와 얼마만큼의 자원이 바이오연료의 생산과 배분에 필요한가의 관점에서 평가되어져야 한다. 에너지 작물의 생산은 토지, 비료, 농기계를 필요로 하고 바이오연료의 발효와 증류는 바이오매스와 물을 필요로 한다. 오레곤 주립대학의 경제전문가들은 바이오연료에 대한 정부의 목표를 달성하기 위해 얼마나 많은 비용이 필요한가와 화석연료에 어떠한 영향을 줄 것인가를 검토하였다, 미국의 재생 연료 표준 프로그램(Renewable Fuel Standard:RFS)은 2020년까지 수송 분야 연료로서 옥수수 에탄올, 바이오디젤, 목질계 바이오연료 등이 화석연료 사용을 최대 2.5%까지 줄일 수 있다고 보고하였다 그러나 이것은 바이오연료의 생산증가에 따른 추가적 불안요소인 물 사용, 공해, 식량가격폭등 등의 영향에 대해서는 고려하지 않았다고 한다.
미농무부에 의하면 바이오연료로 현재 운송연료의 30%를 대체하려면 매년 10억톤(건조중)의 바이오매스가 필요하다고 예측하였다. 미농무부 연구에 따르면 생명공학의 발달로 2050년까지 이와 같은 정도의 바이오매스가 생산이 가능할 것이라고 예측하였다. 바이오매스는 대부분 작물 수확 잔존물이나 다년생 에너지 작물로부터 유래한다. 생명공학의 도전은 따라서 이들 작물의 생산량을 상당량 증가시키거나 또는 에너지 생산에 효율적인 화학적·물리적 특성을 가진 작물을 개발하는 것이 될 것이다.
생명공학 기술을 이용한다면 바이오연료는 세계 식량 생산량에 영향을 미치지 않고 현재 운송수단 에너지의 30%를 대체할 수 있다. 그러나 현재로서는 바이오연료가 경제적으로 경쟁력이 있다고 볼 수는 없다. 바이오연료가 향후 대체에너지로서 에너지 요구를 충족시키려면 생물학자, 농업학자, 엔지니어, 에너지 전문가, 정책 전문가의 통합적 활동이 요구된다. 사회 경제학자들은 바이오연료를 사용하였을 때 토지 관리나 바이오매스 작물의 선택이 바이오연료 생산을 위해 신중히 결정되어야 할 사항이라고 한다. 또한 이는 식량생산과 생물다양성에 부정적 영향을 미쳐서는 안될 것이다.