经过分析，石油主要是由碳和氢构成。其中碳占84%～87%左右，氢占12%～14%左右。余下的百分之一是极微量的硫、氧、氮等元素。碳和氢可以形成多种化合物，按它们的原子数从少到多排列，有甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、戊烷、己烷、庚烷、辛烷、壬烷、癸烷、十一烷、十二烷等等。石油就是由这些化合物组成的。
组成石油的化合物复杂，它们含有相对分子质量从几十到几千的各种烷烃、环烷烃和芳香烃。除烃类之外，石油中还含有数量不等的非烃类化合物，主要是含硫、含氮、含氧的化合物以及一些胶状沥青质。石油的大部分是液态烃，同时在液态烃里溶有气态烃和固态烃。
石油的成油机理有生物沉积变油和石化油两种学说。
前者较广为接受，认为石油是古代海洋或湖泊中的生物经过漫长的演化形成，属于生物沉积变油，不可再生。
后者认为石油是由地壳内本身的碳生成，与生物无关，可再生。石油主要被用来作为燃油和汽油，也是许多化学工业产品，如溶液、化肥、杀虫剂和塑料等的原料。
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。不过不同油田的石油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
