การทำเหมืองแบบเปิดทำให้ภูมิทัศน์เปลี่ยนแปลงอย่างรุนแรง ซึ่งลดคุณค่าของสภาพแวดล้อมทางธรรมชาติในพื้นที่โดยรอบ^{[ 8 ]}พื้นผิวที่ดินถูกใช้สำหรับกิจกรรมการทำเหมืองจนกว่าจะสามารถปรับรูปร่างและฟื้นฟูได้ หากอนุญาตให้มีการทำเหมือง ประชากรที่อาศัยอยู่ในพื้นที่ต้องย้ายออกจากพื้นที่เหมือง กิจกรรมทางเศรษฐกิจ เช่น การเกษตร การล่าสัตว์ และการเก็บเกี่ยวอาหารและพืชสมุนไพรจะหยุดชะงัก สิ่งที่จะเกิดขึ้นกับพื้นผิวที่ดินหลังจากการทำเหมืองนั้นขึ้นอยู่กับวิธีการทำเหมือง โดยปกติแล้วการฟื้นฟูพื้นที่ที่ถูกรบกวนให้กลับมาใช้ประโยชน์ได้นั้นจะไม่เท่ากับการใช้ประโยชน์เดิม การใช้ประโยชน์ที่ดินที่มีอยู่ (เช่น การเลี้ยงปศุสัตว์ การปลูกพืช และการผลิตไม้) จะถูกยกเลิกชั่วคราวในพื้นที่ทำเหมือง พื้นที่ที่มีมูลค่าสูงและมีการใช้ประโยชน์ที่ดินอย่างเข้มข้น เช่น ระบบเมืองและระบบขนส่ง มักจะไม่ได้รับผลกระทบจากการทำเหมือง หากมูลค่าของแร่ธาตุเพียงพอ การปรับปรุงเหล่านี้อาจถูกย้ายไปยังพื้นที่ใกล้เคียง

การทำเหมืองแบบเปิดทำให้พืชพรรณที่มีอยู่ถูกทำลาย ทำลายลักษณะทางพันธุกรรมของดิน ทำให้สัตว์ป่าและแหล่งที่อยู่อาศัยถูกขับไล่หรือถูกทำลาย เปลี่ยนแปลงการใช้ที่ดินในปัจจุบัน และในระดับหนึ่งทำให้ภูมิประเทศโดยทั่วไปของพื้นที่ที่ทำเหมืองเปลี่ยนแปลงไปอย่างถาวร^{[ 9 ]}ผลกระทบเชิงลบต่อลักษณะทางธรณีวิทยาที่มนุษย์สนใจอาจเกิดขึ้นในเหมืองถ่านหินแบบเปิด ลักษณะทางธรณีสัณฐานวิทยาและธรณีฟิสิกส์ และทรัพยากรทัศนียภาพที่โดดเด่นอาจถูกทำลายโดยการทำเหมืองแบบไม่เลือกปฏิบัติ คุณค่าทางบรรพชีวินวิทยา วัฒนธรรม และประวัติศาสตร์อื่นๆ อาจตกอยู่ในอันตรายเนื่องจากกิจกรรมที่ก่อให้เกิดความเสียหาย เช่น การระเบิด การขุด และการขุดถ่านหิน การเปิดหน้าดินจะกำจัดและทำลายลักษณะทางโบราณคดีและประวัติศาสตร์ เว้นแต่จะถูกนำออกไปก่อน^{[ 10 ] [ 11 ]}

การกำจัดพืชปกคลุมและกิจกรรมที่เกี่ยวข้องกับการก่อสร้างถนนขนส่ง การกองดินชั้นบน การเคลื่อนย้ายดินชั้นบนและการขนย้ายดินและถ่านหินทำให้ปริมาณฝุ่นรอบๆ การดำเนินงานเหมืองแร่เพิ่มขึ้น ฝุ่นทำให้คุณภาพอากาศในบริเวณใกล้เคียงแย่ลง ส่งผลเสียต่อชีวิตพืช และก่อให้เกิดอันตรายต่อสุขภาพและความปลอดภัยของคนงานเหมืองและผู้อยู่อาศัยในบริเวณใกล้เคียง^{[ 10 ] [ 11 ]}

การทำเหมืองแบบเปิดทำให้องค์ประกอบทางสุนทรียภาพของภูมิทัศน์เกือบทั้งหมดถูกทำลาย การเปลี่ยนแปลงรูปร่างของพื้นดินมักก่อให้เกิดรูปแบบที่ไม่คุ้นเคยและไม่ต่อเนื่อง รูปแบบเชิงเส้นใหม่ปรากฏขึ้นเมื่อมีการขุดวัสดุและกองเศษวัสดุ สีและพื้นผิวที่แตกต่างกันถูกเปิดเผยเมื่อพืชปกคลุมถูกกำจัดและดินชั้นบนถูกทิ้งไปด้านข้าง ฝุ่นละออง การสั่นสะเทือน และกลิ่นไอเสียดีเซลเกิดขึ้น (ส่งผลกระทบต่อการมองเห็น การได้ยิน และกลิ่น) ผู้อยู่อาศัยในชุมชนท้องถิ่นมักพบว่าผลกระทบดังกล่าวรบกวนหรือไม่พึงประสงค์ ในกรณีของการขุดยอดเขา ยอดเขาหรือเนินเขาจะถูกกำจัดออกไปเพื่อเปิดเผยชั้นถ่านหินหนาที่อยู่ด้านล่าง ดินและหินที่ถูกกำจัดออกไปจะถูกนำไปทิ้งในหุบเขา แอ่ง และที่ลุ่มใกล้เคียง ส่งผลให้ทางน้ำถูกปิดกั้น (และปนเปื้อน) ^{[ 10 ] [ 11 ]}

การกำจัดดินและหินที่ปกคลุมแหล่งถ่านหินอาจทำให้เกิดการฝังกลบและการสูญเสียหน้าดิน เผยให้เห็นวัสดุต้นกำเนิด และสร้างพื้นที่รกร้างว่างเปล่าขนาดใหญ่ที่ไม่สามารถทำการเกษตรได้ การรบกวนดินและการอัดแน่นที่เกี่ยวข้องส่งผลให้เกิดสภาวะที่เอื้อต่อการกัดเซาะ การกำจัดดินออกจากพื้นที่ที่จะทำการขุดเปิดหน้าดินจะเปลี่ยนแปลงหรือทำลายลักษณะทางธรรมชาติของดินหลายประการ และลดความหลากหลายทางชีวภาพและผลผลิตทางการเกษตร โครงสร้างของดินอาจถูกรบกวนจากการบดละเอียดหรือการแตกตัวของมวลรวม^{[ 10 ]}

เพื่อตอบสนองต่อผลกระทบเชิงลบของการทำเหมืองถ่านหินและเหมืองร้างจำนวนมากในสหรัฐอเมริกา รัฐบาลกลางได้ออกกฎหมายควบคุมและฟื้นฟูการทำเหมืองบนพื้นผิวปี 1977ซึ่งกำหนดให้ต้อง มีแผน ฟื้นฟูสำหรับพื้นที่ทำเหมืองถ่านหินในอนาคต แผนเหล่านี้ต้องได้รับการอนุมัติจากหน่วยงานของรัฐบาลกลางหรือรัฐก่อนที่จะเริ่มการทำเหมือง^{[ 9 ]}

การถล่มของเหมือง (หรือการทรุดตัวของเหมือง) มีศักยภาพที่จะก่อให้เกิดผลกระทบอย่างใหญ่หลวงเหนือพื้นดิน ซึ่งสร้างความเสียหายอย่างร้ายแรงโดยเฉพาะในพื้นที่ที่มีการพัฒนาแล้ว การทำเหมืองถ่านหินใต้ดินของเยอรมนี (โดยเฉพาะใน รัฐ นอร์ทไรน์-เวสต์ฟาเลีย ) ได้สร้างความเสียหายให้กับบ้านเรือนหลายพันหลัง และอุตสาหกรรมการทำเหมืองถ่านหินได้กันเงินจำนวนมากไว้สำหรับค่าเสียหายจากการทรุดตัวในอนาคต ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของโครงการประกันภัยและเงินอุดหนุนจากรัฐ ในกรณีที่น่าตกใจเป็นพิเศษใน ภูมิภาค ซาร์ ของเยอรมนี (ซึ่งเป็นพื้นที่ทำเหมืองถ่านหินในอดีตอีกแห่งหนึ่ง) การถล่มของเหมืองที่ต้องสงสัยในปี 2551 ได้ก่อให้เกิดแผ่นดินไหวขนาด 4.0 ตามมาตราริกเตอร์ส่งผลให้บ้านเรือนบางส่วนได้รับความเสียหาย ก่อนหน้านี้ แผ่นดินไหวขนาดเล็กเกิดขึ้นบ่อยขึ้นเรื่อยๆ และการทำเหมืองถ่านหินในพื้นที่ดังกล่าวถูกระงับชั่วคราว^{[ 12 ]}

หม้อไอน้ำที่ใช้ถ่านหินเป็นเชื้อเพลิง ไม่ว่าจะใช้ถ่านหินหรือลิกไนต์ที่มีหินปูน เป็นส่วนประกอบหลัก จะผลิตเถ้าลอยที่มีแคลเซียมออกไซด์ (CaO) CaO ละลายในน้ำได้ง่ายและก่อตัวเป็นปูนขาว (Ca(OH) ) ซึ่งถูกพัดพาไปกับน้ำฝนไปยังแม่น้ำ/น้ำเพื่อการชลประทานจากบริเวณที่ทิ้งเถ้า กระบวนการ ทำให้อ่อนตัวด้วยปูนขาวจะตกตะกอนไอออน Ca และ Mg / ขจัดความกระด้างชั่วคราวในน้ำ และยังเปลี่ยนโซเดียมไบคาร์บอเนตในน้ำในแม่น้ำให้เป็นโซเดียมคาร์บอเนต^{[ 22 ]}โซเดียมคาร์บอเนต (โซดาซักผ้า) จะทำปฏิกิริยากับ Ca และ Mg ที่เหลืออยู่ในน้ำเพื่อขจัด / ตกตะกอนความกระด้าง ทั้งหมด นอกจากนี้ เกลือโซเดียมที่ละลายน้ำได้ในเถ้ายังช่วยเพิ่มปริมาณโซเดียมในน้ำอีกด้วย ดังนั้น น้ำในแม่น้ำจึงกลายเป็นน้ำอ่อนโดยการกำจัดไอออน Ca และ Mg และเพิ่มไอออน Na โดยหม้อไอน้ำที่ใช้ถ่านหินเป็นเชื้อเพลิง การใช้น้ำอ่อนในการชลประทาน (น้ำผิวดินหรือน้ำใต้ดิน) จะเปลี่ยนดินที่อุดมสมบูรณ์ให้กลายเป็นดินด่างโซเดียม^{[ 23 ]}ความเป็นด่างและความเป็นโซเดียม ของน้ำในแม่น้ำ เนื่องจากการสะสมของเกลือในน้ำที่เหลืออยู่หลังจากการสูญเสียจากการคายน้ำและการระเหยต่างๆ จะรุนแรงขึ้นเมื่อมีการติดตั้งหม้อไอน้ำและโรงไฟฟ้าพลังงานถ่านหินจำนวนมากในลุ่มแม่น้ำ ความเป็นโซเดียมของน้ำในแม่น้ำส่งผลกระทบต่อลุ่มแม่น้ำที่ทำการเกษตรในพื้นที่ปลายน้ำในประเทศจีน อินเดีย อียิปต์ ปากีสถาน เอเชียตะวันตก ออสเตรเลีย สหรัฐอเมริกาตะวันตก เป็นต้น^{[ 24 ]}

การปล่อยสารมลพิษจากบ่อเถ้าถ่านลงสู่แหล่งน้ำผิวดินโดยทั่วไปประกอบด้วยสารหนูตะกั่วปรอทซีลีเนียมโครเมียมและแคดเมียม[ ^{25 ] ใน} สหรัฐอเมริกา การปล่อยสารลง สู่แหล่ง น้ำผิวดินจากน้ำเสีย จากเหมือง สถานที่เก็บถ่านหิน โรงงานแปรรูปถ่านหิน และบ่อเถ้าถ่าน จะถูกควบคุมโดยใบอนุญาตใน ระบบการ กำจัดมลพิษแห่งชาติ (NPDES) ^{[ 26 ]}

การเผาถ่านหินทำให้เกิดเถ้าลอยจำนวนมาก ซึ่งโดยปกติจะถูกเก็บไว้ในบ่อเถ้า (การเก็บแบบเปียก) หรือหลุมฝังกลบ (การเก็บแบบแห้ง) สารมลพิษ เช่นโลหะหนักจะซึมลงสู่แหล่งน้ำใต้ดินจากบ่อหรือหลุมฝังกลบที่ไม่มีการบุรอง และสามารถปนเปื้อนแหล่งน้ำบาดาลได้เป็นเวลาหลายสิบปีหรือหลายศตวรรษ^{[ 27 ]} EPA ได้จัดประเภทสถานที่ 44 แห่งในสหรัฐอเมริกาว่าเป็นอันตรายต่อชุมชน การจัดประเภทดังกล่าวหมายความว่าสถานที่ทิ้งขยะอาจก่อให้เกิดการเสียชีวิตและความเสียหายต่อทรัพย์สินอย่างมาก หากเกิดเหตุการณ์เช่นพายุ การโจมตีของผู้ก่อการร้าย หรือความล้มเหลวของโครงสร้างที่ทำให้เกิดการรั่วไหล EPA ประมาณการว่ามีหลุมฝังกลบแบบแห้งและบ่อเก็บแบบเปียกประมาณ 300 แห่งที่ใช้ทั่วประเทศเพื่อเก็บเถ้าจากโรงไฟฟ้าพลังงานถ่านหิน สถานที่จัดเก็บเหล่านี้เก็บส่วนประกอบที่ไม่ติดไฟของถ่านหินรวมถึงเถ้าที่ดักจับโดยอุปกรณ์ที่ออกแบบมาเพื่อลดมลพิษทางอากาศ^{[ 28 ]}

ในพื้นที่ที่มีปริมาณถ่านหินต่ำ ของเสียจะก่อตัวเป็นกองเศษหินหรือกองตะกรัน ปัญหาดินถล่มในกองเศษหินเริ่มเป็นที่สนใจของสาธารณชนในเดือนตุลาคม พ.ศ. 2509 ในโลกที่ใช้ภาษาอังกฤษเมื่อกองตะกรันที่อะเบอร์แฟนในแกลมอร์แกนเวลส์พังถล่มลงมา ทำให้มีผู้เสียชีวิต 144 คน ซึ่ง 116 คนเป็นเด็ก^{[ 29 ]} กองเศษหิน ดังกล่าวถูกสร้างขึ้นเหนือแหล่งน้ำพุทำให้ความไม่เสถียรเพิ่มมากขึ้น และความสูงของกองเศษหินก็เกินกว่าแนวทางที่กำหนด น้ำจากฝนตกหนักได้สะสมอยู่ภายในกองเศษหิน ทำให้โครงสร้างอ่อนแอลง จนกระทั่งพังถล่มลงมาทับโรงเรียนด้านล่างอย่างกะทันหัน^{[ 30 ]}

ปัญหาเรื่องเสถียรภาพในวงกว้างเป็นที่ทราบกันดีอยู่แล้วก่อนเกิดภัยพิบัติที่อะเบอร์แฟน ตัวอย่างเช่น มีการกล่าวถึงในบทความของศาสตราจารย์จอร์จ น็อกซ์ในปี 1927 ^{[ 31 ]}แต่ไม่ได้รับการพิจารณาอย่างจริงจังจากวิศวกรและนักธรณีวิทยามืออาชีพ แม้แต่ผู้ที่เกี่ยวข้องโดยตรงกับการทำเหมือง^{[ 32 ]}นอกจากนี้ ภัยพิบัติที่อะเบอร์แฟนก็ไม่ใช่เหตุการณ์ดินถล่มครั้งแรกที่มีผู้เสียชีวิต ตัวอย่างเช่น ในปี 1955 ดินถล่มสองครั้งติดต่อกันทำให้มีผู้เสียชีวิต 73 คนในซาเซโบะ นางาซากิประเทศญี่ปุ่น^{[ 33 ]} [ja]

การทำเหมืองถ่านหินแบบเปิดทำให้เกิดความเสียหายต่อสัตว์ป่าทั้งทางตรงและทางอ้อม ผลกระทบต่อสัตว์ป่าส่วนใหญ่เกิดจากการรบกวน การกำจัด และการกระจายตัวของพื้นผิวดิน ผลกระทบบางอย่างเป็นระยะสั้นและจำกัดอยู่เฉพาะในพื้นที่เหมือง แต่บางอย่างก็มีผลกระทบระยะยาวและกว้างขวาง

ผลกระทบโดยตรงที่สุดต่อสัตว์ป่าคือการทำลายหรือการพลัดถิ่นของสายพันธุ์ในพื้นที่ขุดและกองดิน พื้นที่หลุมและกองดินไม่สามารถให้แหล่งอาหารและที่อยู่อาศัยแก่สัตว์ป่าส่วนใหญ่ได้ สัตว์ป่าที่เคลื่อนที่ได้ เช่น สัตว์ป่า นก และสัตว์นักล่า จะออกจากพื้นที่เหล่านี้ไป ส่วนสัตว์ที่อยู่กับที่มากกว่า เช่น สัตว์ไม่มีกระดูกสันหลัง สัตว์เลื้อยคลาน สัตว์ฟันแทะที่ขุดรู และสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมขนาดเล็ก อาจถูกทำลายไป ชุมชนจุลินทรีย์และกระบวนการหมุนเวียนสารอาหารจะถูกรบกวนจากการเคลื่อนย้าย การสะสม และการกระจายตัวของดิน

การเสื่อมโทรมของแหล่งที่อยู่อาศัยในน้ำเป็นผลกระทบสำคัญจากการทำเหมืองแบบเปิด และอาจเห็นได้ชัดเจนแม้จะอยู่ห่างจากแหล่งทำเหมืองหลายไมล์ การปนเปื้อนของตะกอนในน้ำผิวดินเป็นเรื่องปกติในการทำเหมืองแบบเปิด ปริมาณตะกอนอาจเพิ่มขึ้นถึงพันเท่าจากระดับเดิมอันเป็นผลมาจากการทำเหมืองแบบเปิด^{[ 34 ]}

ผลกระทบของตะกอนต่อสัตว์น้ำแตกต่างกันไปตามชนิดของสัตว์และปริมาณการปนเปื้อน ระดับตะกอนที่สูงสามารถฆ่าปลาได้โดยตรง ฝังกลบแหล่งวางไข่ ลดการส่งผ่านแสง เปลี่ยนแปลงระดับอุณหภูมิ ถมแอ่งน้ำ กระจายกระแสน้ำไปยังพื้นที่ที่กว้างขึ้นและตื้นขึ้น และลดการผลิตสิ่งมีชีวิตในน้ำที่ใช้เป็นอาหารของสัตว์ชนิดอื่น การเปลี่ยนแปลงเหล่านี้ทำลายที่อยู่อาศัยของสัตว์ที่มีคุณค่าและอาจเพิ่มที่อยู่อาศัยสำหรับสัตว์ที่ไม่พึงประสงค์ สภาพแวดล้อมที่มีอยู่แล้วค่อนข้างย่ำแย่สำหรับปลาน้ำจืดบางชนิดในสหรัฐอเมริกา และการตกตะกอนในที่อยู่อาศัยของพวกมันอาจส่งผลให้พวกมันสูญพันธุ์ได้ มลพิษจากตะกอนที่หนักที่สุดของการระบายน้ำมักเกิดขึ้นภายใน 5 ถึง 25 ปีหลังจากการทำเหมือง ในบางพื้นที่ กองดินที่ไม่มีพืชปกคลุมยังคงกัดเซาะต่อไปแม้ 50 ถึง 65 ปีหลังจากการทำเหมือง^{[ 9 ]}

การมีอยู่ของวัสดุที่ก่อให้เกิดกรดซึ่งถูกเปิดเผยอันเป็นผลมาจากการทำเหมืองแบบเปิดสามารถส่งผลกระทบต่อสัตว์ป่าโดยการทำลายแหล่งที่อยู่อาศัยและก่อให้เกิดการทำลายโดยตรงต่อบางชนิด ความเข้มข้นที่ต่ำกว่าสามารถยับยั้งผลผลิต อัตราการเติบโต และการสืบพันธุ์ของสัตว์น้ำหลายชนิด กรด ความเข้มข้นเจือจางของโลหะหนัก และความเป็นด่างสูงสามารถก่อให้เกิดความเสียหายร้ายแรงต่อสัตว์ป่าในบางพื้นที่ ระยะเวลาของการปนเปื้อนของของเสียที่เป็นกรดอาจยาวนาน การประมาณเวลาที่จำเป็นในการชะล้างวัสดุที่เป็นกรดที่เปิดเผยในภาคตะวันออกของสหรัฐอเมริกาอยู่ระหว่าง 800 ถึง 3,000 ปี^{[ 9 ]}

จากรายงานขององค์การอนามัยโลกในปี 2551 คาดว่ามลพิษ จากอนุภาค ถ่านหิน จะทำให้อายุขัยสั้นลงประมาณ 10,000 คนต่อปีทั่วโลก^{[ 36 ]}การศึกษาในปี 2547 ที่ได้รับมอบหมายจากกลุ่มสิ่งแวดล้อม แต่ถูกโต้แย้งโดยสำนักงานคุ้มครองสิ่งแวดล้อมแห่งสหรัฐอเมริกาสรุปว่าการเผาถ่านหินทำให้มีผู้เสียชีวิต 24,000 คนต่อปีในสหรัฐอเมริกา^{[ 37 ]}เมื่อไม่นานมานี้ การศึกษาทางวิชาการประเมินว่าการเสียชีวิตก่อนวัยอันควรจากมลพิษทางอากาศ ที่เกี่ยวข้องกับถ่านหิน มีประมาณ 52,000 คนต่อปี^{[ 38 ]} เมื่อเปรียบเทียบกับไฟฟ้าที่ผลิตจากก๊าซธรรมชาติผ่านการแตกตัวด้วยแรงดันน้ำ ไฟฟ้าจากถ่านหินมีความเป็นพิษมากกว่า 10-100 เท่า ส่วนใหญ่เป็นเพราะปริมาณอนุภาคที่ปล่อยออกมาในระหว่างการเผาไหม้^{[ 39 ]}เมื่อเปรียบเทียบถ่านหินกับ การผลิต ไฟฟ้าจากพลังงาน แสงอาทิตย์ การผลิตไฟฟ้าจากพลังงานแสงอาทิตย์สามารถช่วยชีวิตชาวอเมริกันได้ 51,999 คนต่อปี หากพลังงานแสงอาทิตย์เข้ามาแทนที่การผลิตพลังงานจากถ่านหินในสหรัฐอเมริกา^{[ 40 ] [ 41 ]}จากการศึกษาพบว่าเนื่องจากการลดลงของงานที่เกี่ยวข้องกับการทำเหมืองถ่านหิน พบว่าชาวอเมริกันประมาณ 1 คนเสียชีวิตก่อนวัยอันควรจากมลพิษ จากถ่านหิน สำหรับทุกงานที่เหลืออยู่ในการทำเหมืองถ่านหิน^{[ 42 ]}

ถ่านหินและผลิตภัณฑ์ของเสียจากถ่านหิน (รวมถึงเถ้าลอยเถ้าก้นเตาและ ตะกรันหม้อไอ น้ำ) ปล่อยสารเคมีที่เป็นพิษประมาณ 20 ชนิด ได้แก่สารหนูตะกั่วปรอทนิกเกลวานาเดียม เบริลเลียมแคดเมียมแบเรียมโครเมียมทองแดงโมลิบเดนัมสังกะสีซีลีเนียมและเรเดียมซึ่งเป็นอันตรายหากปล่อยสู่สิ่งแวดล้อม แม้ว่าสารเหล่านี้จะเป็นสิ่งเจือปนในปริมาณเล็กน้อย แต่การเผาถ่านหินในปริมาณมากทำให้สารเหล่านี้ถูกปล่อยออกมาในปริมาณมาก^{[ 43 ]}

ที่ราบสูง Mpumalanga ในแอฟริกาใต้เป็นพื้นที่ที่มีมลพิษมากที่สุดในโลกเนื่องจากอุตสาหกรรมเหมืองแร่และโรงไฟฟ้าถ่านหิน^{[ 44 ]}และที่ราบต่ำใกล้กับอุทยานแห่งชาติครูเกอร์ ที่มีชื่อเสียง ก็กำลังถูกคุกคามจากโครงการเหมืองแร่ใหม่เช่นกัน^{[ 45 ]}

ในระหว่างการเผาไหม้ ปฏิกิริยาระหว่างถ่านหินกับอากาศจะก่อให้เกิดออกไซด์ของคาร์บอน ได้แก่ คาร์บอนไดออกไซด์ (CO₂ ก๊าซเรือนกระจกที่สำคัญ) ออกไซด์ของกำมะถัน (ส่วนใหญ่คือซัลเฟอร์ไดออกไซด์ , SO₂ และออกไซด์ของไนโตรเจน (NOₓ) หลายชนิดถ่านหินมีส่วนประกอบของไฮโดรเจนและไนโตรเจน จึง ทำให้เกิด ไฮไดรด์และไนไตรด์ของคาร์บอนและกำมะถันขึ้นในระหว่างการเผาไหม้ถ่านหินในอากาศด้วยซึ่งรวมถึงไฮโดรเจนไซยาไนด์ (HCN) ซัลเฟอร์ไนเตรต (SNO₃ และสารพิษอื่นๆ

ก๊าซ SO2 ไนโตรเจนออกไซด์ทำปฏิกิริยาในชั้นบรรยากาศก่อให้เกิดอนุภาคขนาดเล็กและโอโซนระดับพื้นดินและถูกขนส่งไปในระยะทางไกล ทำให้รัฐอื่นๆ ยากที่จะควบคุมมลพิษให้อยู่ในระดับที่ปลอดภัยต่อสุขภาพ

หอระบายความร้อนแบบเปียกที่ใช้ในโรงไฟฟ้าพลังงานถ่านหินฯลฯ ปล่อยละอองน้ำและหมอก ซึ่งเป็นปัญหาด้านสิ่งแวดล้อมเช่นกัน ละอองน้ำประกอบด้วยอนุภาคแขวนลอยขนาดเล็กที่สามารถหายใจเข้าไปได้ในกรณีของหอระบายความร้อนที่ใช้น้ำทะเลเป็นแหล่งจ่ายน้ำ โซเดียมซอลต์จะตกตะกอนบนพื้นที่ใกล้เคียง ทำให้ดินกลายเป็นดินด่างลดความอุดมสมบูรณ์ของพืชพรรณ และยังทำให้โครงสร้างใกล้เคียงเกิดการกัดกร่อนอีกด้วย

บางครั้งอาจเกิดไฟไหม้ในชั้นถ่านหินใต้ดิน เมื่อชั้นถ่านหินถูกเปิดเผย ความเสี่ยงต่อการเกิดไฟไหม้ก็จะเพิ่มขึ้น ถ่านหินที่ผุกร่อนยังสามารถเพิ่มอุณหภูมิพื้นดินได้หากปล่อยทิ้งไว้บนพื้นผิว ไฟไหม้ในถ่านหินแข็งเกือบทั้งหมดเกิดจากไฟบนพื้นผิวที่เกิดจากคนหรือฟ้าผ่า การเผาไหม้เองเกิดขึ้นเมื่อถ่านหินเกิดการออกซิเดชันและกระแสลมไม่เพียงพอที่จะระบายความร้อน ซึ่งมักเกิดขึ้นในกองวัสดุและกองขยะ เกิดขึ้นได้ยากในถ่านหินใต้ดิน เมื่อเกิดไฟไหม้ถ่านหิน จะมีมลพิษทางอากาศจากการปล่อยควันและไอพิษสู่ชั้นบรรยากาศ ไฟไหม้ชั้นถ่านหินอาจลุกไหม้ใต้ดินเป็นเวลาหลายทศวรรษ คุกคามการทำลายป่า บ้าน ถนน และโครงสร้างพื้นฐานที่มีค่าอื่นๆ ไฟไหม้ชั้นถ่านหินที่รู้จักกันดีที่สุดอาจเป็นเหตุการณ์ที่นำไปสู่การอพยพถาวรของเมืองเซ็นทราเลีย รัฐเพนซิลเวเนียสหรัฐอเมริกา^{[ 46 ]}

ซัลเฟอร์ไดออกไซด์ (SO2) ประมาณ 75 Tg/S ต่อปีปล่อยออกมาจากการเผาถ่านหิน หลังจากปล่อยออกมา ซัลเฟอร์ไดออกไซด์จะถูกออกซิไดซ์เป็นก๊าซ H2SO2 กระจายจากดวงอาทิตย์ ดังนั้นการเพิ่มขึ้นของ SO2 ในชั้นบรรยากาศจึงส่งผลให้สภาพภูมิอากาศเย็นลง ซึ่งบดบังภาวะโลกร้อนบางส่วนที่เกิดจากก๊าซเรือนกระจกที่เพิ่มขึ้น การปล่อย SO2 ส่งผลให้เกิดความเป็นกรดในระบบนิเวศอย่างกว้างขวางอีกด้วย^{[ 47 ]}

ในปี 2011 โรงไฟฟ้าของสหรัฐฯ ปล่อยสารปรอทที่เป็นมลพิษทางอากาศออกมาครึ่งหนึ่งของประเทศ^{[ 48 ]}ในเดือนกุมภาพันธ์ 2012 EPA ได้ออก กฎระเบียบ มาตรฐานปรอทและสารพิษในอากาศ (MATS) ซึ่งกำหนดให้โรงไฟฟ้าถ่านหินทุกแห่งต้องลดการปล่อยสารปรอทลงอย่างมาก^{[ 49 ] [ 50 ]}

ในรัฐนิวยอร์ก ลมพัดพาสารปรอทจากโรงไฟฟ้าพลังงานถ่านหินในแถบมิดเวสต์ ทำให้เกิดการปนเปื้อนในแหล่งน้ำของเทือกเขาแคตสกิล ล์ สารปรอทจะสะสมมากขึ้นตามห่วงโซ่อาหาร เนื่องจากถูกเปลี่ยนเป็นเมทิลเมอร์คิวรีซึ่งเป็นสารประกอบที่เป็นพิษที่เป็นอันตรายต่อทั้งสัตว์ป่าและผู้คนที่บริโภคปลาน้ำจืด [ ^{51 ] [ 52 ] [ 53 ] สาร}ปรอทถูกบริโภคโดยหนอน ซึ่งถูกกินโดยปลา และปลาถูกกินโดยนก (รวมถึงนกอินทรีหัวขาว ) ในปี 2551 ระดับสารปรอทในนกอินทรีหัวขาวในแคตสกิลล์ได้เพิ่มสูงขึ้นเป็นประวัติการณ์^{[ 54 ]} "ผู้คนได้รับสารเมทิลเมอร์คิวรีเกือบทั้งหมดจากการกินปลาและสัตว์ป่าที่ปนเปื้อนซึ่งอยู่บนสุดของห่วงโซ่อาหารในน้ำ" ^{[ 55 ]}ปลาทะเลเป็นสาเหตุหลักของการได้รับสารเมทิลเมอร์คิวรี ในมนุษย์ แหล่งที่มาของเมทิลเมอร์คิวรีในปลาทะเลยังไม่เป็นที่เข้าใจอย่างถ่องแท้^{[ 56 ]}

ในปี พ.ศ. 2551 องค์การอนามัยโลก (WHO) และองค์กรอื่นๆ คำนวณว่ามลพิษจากอนุภาคถ่านหินทำให้มีผู้เสียชีวิตประมาณหนึ่งล้านคนต่อปีทั่วโลก^{[ 36 ]}ซึ่งคิดเป็นประมาณหนึ่งในสามของการเสียชีวิตก่อนวัยอันควรทั้งหมดที่เกี่ยวข้องกับแหล่งมลพิษทางอากาศทั้งหมด^{[ 57 ]}ตัวอย่างเช่น ในอิสตันบูลเกิดจากโรคปอดและมะเร็ง^{[ 58 ]}

มลพิษที่ปล่อยออกมาจากการเผาถ่านหิน ได้แก่ อนุภาคขนาดเล็ก ( PM2.5 ) และโอโซน ระดับพื้นดิน ทุกปี การเผาถ่านหินโดยไม่ใช้เทคโนโลยีควบคุมมลพิษที่มีอยู่ ทำให้เกิดการเสียชีวิตที่ป้องกันได้หลายพันรายในสหรัฐอเมริกา การศึกษาที่ได้รับมอบหมายจากสมาคมพยาบาลแมริแลนด์ในปี 2549 พบว่า การปล่อยมลพิษจากโรงไฟฟ้าถ่านหินเพียง 6 แห่งในแมริแลนด์ ทำให้มีผู้เสียชีวิต 700 รายต่อปีทั่วประเทศ รวมถึง 100 รายในแมริแลนด์^{[ 59 ]}นับตั้งแต่ติดตั้งอุปกรณ์ลดมลพิษในโรงไฟฟ้าแห่งหนึ่งใน 6 แห่งนี้ คือโรงไฟฟ้าแบรนดอน ชอร์ส ปัจจุบัน "ผลิตไนโตรเจนออกไซด์ซึ่งเป็นส่วนประกอบของหมอกควันน้อยลง 90 เปอร์เซ็นต์ ซัลเฟอร์ซึ่งเป็นสาเหตุของฝนกรดน้อยลง 95 เปอร์เซ็นต์ และมลพิษอื่นๆ ในปริมาณที่น้อยลงอย่างมาก" ^{[ 59 ]}ในสหรัฐอเมริกา มีคนงานเหมืองถ่านหินเสียชีวิตเฉลี่ย 26 คนต่อปีในช่วงทศวรรษ 2548-2557 ^{[ 6 ]}

การศึกษาที่ได้รับทุนจากสหภาพยุโรปในปี 2001 ที่รู้จักกันในชื่อ ExternE หรือExternalities of Energy พบว่าในช่วงทศวรรษตั้งแต่ปี 1995 ถึง 2005 ต้นทุนการผลิตไฟฟ้าจากถ่านหินจะเพิ่มขึ้นเป็นสองเท่าจากมูลค่าปัจจุบัน หากนำต้นทุนภายนอกมาพิจารณาด้วย ต้นทุนภายนอกเหล่านี้รวมถึงความเสียหายต่อสิ่งแวดล้อมและสุขภาพของมนุษย์จากอนุภาคในอากาศไนโตรเจนออกไซด์โครเมียมVIและ การปล่อย สารหนูที่เกิดจากถ่านหิน มีการประมาณการว่าต้นทุนเชื้อเพลิงฟอสซิลปลายทางภายนอกมีมูลค่าสูงถึง 1-2% ของผลิตภัณฑ์มวลรวมภายในประเทศ (GDP) ทั้งหมดของสหภาพยุโรปโดยถ่านหินเป็นเชื้อเพลิงฟอสซิลหลักที่รับผิดชอบ และนี่เป็นก่อนที่จะรวมต้นทุนภายนอกของภาวะโลกร้อนจากแหล่งพลังงานเหล่านี้ด้วยซ้ำ^{[ 60 ]}การศึกษาพบว่าต้นทุนด้านสิ่งแวดล้อมและสุขภาพของถ่านหินเพียงอย่างเดียวอยู่ที่ 60 ยูโร/ MWhโดยแหล่งพลังงานที่มีต้นทุนภายนอกต่ำที่สุดคือพลังงานนิวเคลียร์ที่ 1.9 ยูโร/MWhและพลังงานลมที่0.90 ยูโร/ MWh ^{[ 61 ]}

อัตราความล้มเหลวของเมนบอร์ด ที่สูง ในจีนและอินเดียดูเหมือนจะเกิดจาก "มลพิษทางอากาศที่มีกำมะถันซึ่งเกิดจากการเผาถ่านหินเพื่อผลิตไฟฟ้า ซึ่งทำให้วงจรทองแดงสึกกร่อน" ตามที่นักวิจัยของ Intel กล่าว ^{[ 62 ]}