研究发现，与石油相比，不同的生物燃料在温室气体减排上的作用千差万别。视生产原料和加工方法不同，一些生物燃料排放的温室气体甚至超过化石燃料。提高生物燃料产量引发的直接或间接的土地用途转变，也会产生温室气体，如将森林草场转为作物种植便释放了土壤中贮藏的碳。
许多生物液体燃料政策基于“碳中性（Carbon Neutral）”的物理假设，将温室气体减排设定为政策目标之一。所谓碳中性，即指从理论上来讲，生物液体燃料燃烧所排放的二氧化碳与能源作物生长过程中从大气中固定的二氧化碳之间实现了碳平衡。但在实际生产过程中，无论是能源作物的种植过程，还是生物液体燃料的生产加工过程，均需要投入大量的化石能源，生物液体燃料的碳中性问题受到了的质疑。近的研究成果也显示，生物液体燃料温室气体排放受能源作物物种、加工工艺、转化效率等多种因素影响，结果差异很大。
研究认为，尽管效益各不相同，但生物液体燃料均能在一定程度上减少温室气体的排放。其中，巴西以甘蔗为原料生产燃料乙醇的温室气体减排效益好，相比化石能源其温室气体排放可以减少70%～90%；而以木质纤维素为原料的第二代生物燃料加工技术是值得期待的新技术，一旦突破技术瓶颈，其应用前景极为广阔；；欧盟以甜菜与油菜籽为原料生产生物柴油的温室气体减排效益在40%～60%之间；；美国以玉米为原料生产燃料乙醇的温室气体减排效益只有10%左右。
