石油中碳氢两种元素所组成的化合物,成分很复杂,并且随产地不同而异.按其结构又分为烷烃（包括直链和支链烷烃）、环烷烃（多数是烷基环戊烷、烷基环己烷）和芳香烃（多数是烷基苯）,一般石油中不含有烯烃.
石油中含硫化合物主要有硫醇（RSH）、硫醚（RSR）、二硫化物（RSSR）和噻吩等.在石油的某些加工产物中还含有硫化氢（H2S）.
石油中含氧化合物主要有环烷酸和酚类（以苯酚为主）,此外还含有少量脂肪酸.环烷酸是指含有11～30个碳原子的羧酸,分子中含有一个或多个骈合脂环,羧基可以在脂环上或在侧链上.如：
在炼油生产中常把环烷酸和酚叫做石油酸.
石油中含氮化合物主要有吡啶、吡咯、喹啉和胺类（RNH2）等.因吡咯在空气中易氧化,颜色逐渐变深,这踉汽油久存颜色变深有关.
石油的化学组成是没有一定的,随产地不同而异.根据含烃的成分不同一般将石油分为烷烃基石油、环烷基石油、混合基石油和芳烃基石油等几大类.但许多产油国家常根据本国的资源情况而有不同的分类.
研究表明,石油的生成至少需要200万年的时间,在现今已发现的油藏中,时间最老的达5亿年之久.在地球不断演化的漫长历史过程中,有一些“特殊”时期,如古生代和中生代,大量的植物和动物死亡后,构成其身体的有机物质不断分解,与泥沙或碳酸质沉淀物等物质混合组成沉积层.由于沉积物不断地堆积加厚,导致温度和压力上升,随着这种过程的不断进行,沉积层变为沉积岩,进而形成沉积盆地,这就为石油的生成提供了基本的地质环境. 大多数地质学家认为石油像煤和天然气一样,是古代有机物通过漫长的压缩和加热后逐渐形成的.按照这个理论石油是由史前的海洋动物和藻类尸体变化形成的.（陆上的植物则一般形成煤.）经过漫长的地质年代这些有机物与淤泥混合,被埋在厚厚的沉积岩下.在地下的高温和高压下它们逐渐转化,首先形成腊状的油页岩,后来退化成液态和气态的碳氢化合物.由于这些碳氢化合物比附近的岩石轻,它们向上渗透到附近的岩层中,直到渗透到上面紧密无法渗透的、本身则多空的岩层中.这样聚集到一起的石油形成油田.通过钻井和泵取人们可以从油田中获得石油.地质学家将石油形成的温度范围称为“油窗”.温度太低石油无法形成,温度太高则会形成天然气.虽然石油形成的深度在世界各地不同,但是“典型”的深度为四至六千米.由于石油形成后还会渗透到其它岩层中去,因此实际的油田可能要浅得多.因此形成油田需要三个条件：丰富的源岩,渗透通道和一个可以聚集石油的岩层构造.
石油是混合物，严格说没有单一的化学式。石油中的主要元素是C和H。石油是气态、液态和固态的烃类混合物，具有天然的产状。石油又分为原油、天然气、天然气液及天然焦油等形式。
石油的性质因产地而异，密度为0.8 -1.0g/cm3，粘度范围很宽，凝固点差别很大（30 ~ -60℃），沸点范围为常温到500摄氏度以上，可溶于多种有机溶剂，不溶于水，但可与水形成乳状液。
不过不同的油田的石油的成分和外貌可以区分很大。石油主要被用作燃油和汽油，燃料油和汽油在2012年组成世界上最重要的二次能源之一。
性质
具有代表性的大庆石油属低硫石蜡基石油，已开采酌石油以低硫石蜡基居多。这种石油，硫含量低，含蜡量高，凝点高，能生产出优质的煤油、柴油、溶剂油、润滑油及商品石蜡，直馏汽油的感铅性好。
有的石油硫含量高，胶质含量高，属含硫石蜡基。其直馏汽油馏分产率高，感铅性也好。柴油馏分的十六烷值高，闪点高，硫含量高，酸度大，经精制后可生产轻柴油与专用柴油。润滑油馏分中，有一部分组分的粘度指数在90以上，是生产内燃机油的良好的原料。
有的石油硫含量低，含蜡量较高，属低硫环烷一中间基。其汽油馏分感铅性好，且也富含环烷烃与芳香烃，故也是催化重整的良好原料。柴油馏分的凝点及硫含量均较低，酸度较大，产品需碱洗。减压渣油经氧化后可生产石油建筑沥青。
