인구밀도는 도시화와 큰 관련이 있다. 도시화로 인해 에너지 효율화 현상이 반영된 결과일 수도 있다. 도시화는 개인당 에너지 소비 증가에 따라 에너지 수요를 높인다는 연구 결과가 있다. 반면 대중교통 증가 등으로 인해 오히려 에너지 소비가 감소한다는 주장도 있다. 이와 관련한 분석의 결과 도시화 현상이 선진국의 이산화탄소 배출에 통계적 유의미한 영향력이 적다고 했다.
하지만 인구밀도는 도시화 현상(Urbanization)과 밀접한 관련이 있기 때문에 도시화로 인한 에너지 효율화 현상이 반영된 결과일 수도 있다. 따라서 도시화 현상에 따른 에너지 소비 변화를 함께 고려해야 한다(Liddle, 2014). 도시화 현상은 교통량 증가와 생산량 확대로 인해 개인당 에너지 소비 증가에 따라 에너지 수요를 높인다는 연구 결과가 있다(Jones, 1991). 하지만 도시화 현상은 에너지 효율을 고려한 건축설계나 대중교통 증가, 혹은 친환경적인(Environmental-Friendlily) 생활 변화로 인해 에너지 소비가 오히려 감소한다는 주장도 있다(Liddle, 2014). 이에 대한 실증적인 분석에선 국가별로 다소 상이한 결과들이 도출되었는데, OECD 국가의 이산화탄소 배출량을 연구한 Liddle and Lung(2010)은 도시화 현상이 선진국들의 이산화탄소 배출에 통계적 유의미한 영향력이 적다고 하였으며, Jorgenson and Clark(2012) 역시 선진국뿐만 아니라 개도국에서도 도시화는 에너지소비에 영향을 주긴하지만 그 영향력이 매우 적다고 하였다. 그러나 Fang et al(2012)은 1981~2007년, 94개 국가의 패널자료를 분석한 결과 도시화 현상이 저소득 국가에서는 유의미한 영향을 주지 못하지만, 고소득국가에서는 에너지소비를 줄이는 영향을 준다고 하였다.