頁岩油是指以頁岩為主的頁岩層系中所含的石油資源。其中包括泥頁岩孔隙和裂縫中的石油，也包括泥頁岩層系中的緻密碳酸岩或碎屑岩鄰層和夾層中的石油資源。通常有效的開發方式為水平井和分段壓裂技術。在固體礦產領域頁岩油是一種人造石油，是由頁岩乾餾時有機質受熱分解生成的一種褐色、有特殊刺激氣味的粘稠狀液體產物。

透過裂解化學變化，可將油頁岩中的油母質轉換為合成原油。加熱油頁岩至特定溫度能將分離蒸氣，即藉由蒸餾產生類似石油的頁岩油——一種非傳統用油——以及易燃的油頁岩氣（“頁岩氣”亦可指頁岩內含的天然氣體）。類似天然石油，富含烷烴和芳烴，但含有較多的烯烴組分，並且還含有含氧、氮、硫等的非烴類組分。頁岩油的性質，因各地油頁岩組成和熱加工條件的差異而有所不同。中國撫順、茂名、美國格林河（一譯綠河）所產的頁岩油的氫碳原子比較高，適宜於加工製取輕質油品；但由於其含氮量較高，加工煉製時必須加以脫除，否則會影響油品質量。愛沙尼亞所產的頁岩油中酚類等含氧化合物很多，適宜於加工製取化學品。撫順、茂名頁岩油經過適當的加工精製，可以製得合格的汽油、煤油、柴油、燃料油等油品，還可獲得石蠟、酚類、吡啶類、環烷酸和石油焦等化工副產品。頁岩油加工的方法與天然石油的煉製過程基本相同，包括精餾、熱裂化、石油焦化、加氫精制等過程。

從頁岩油製取輕質油品，是目前人造石油製取合格液體燃料的方法中成本最低的一種。