目前世界上主要存在有機和無機兩種生油理論。大多數地質學家認為石油和天然氣是古代有機物透過漫長的壓縮和加熱後逐漸形成的，這就是有機生油論。經過漫長的地質年代這些有機物與淤泥混合，被埋在厚厚的沉積岩下，在地下的高溫和高壓作用下它們逐漸轉化，首先形成蠟狀的油頁岩，後來逐漸生成液態和氣態的碳氫化合物。由於這些碳氫化合物比附近的岩石輕，它們不斷向上滲透到附近的岩層中，直到滲透到上面緊密無法透過、本身則多孔隙的岩層中，由此聚集到一起的石油便形成了油田。而人們可以透過鑽井來獲取地下的石油。地質學家將石油形成的溫度範圍稱為“油窗”。溫度太低石油無法形成，溫度太高則會形成天然氣。雖然石油形成的深度在世界各地各不同，但是主要的深度為4000～6000m。由於石油形成後還會滲透到其他岩層中去，通常實際的油田可能要淺得多。因此形成油田需要三個條件：豐富的烴源巖、滲流通道和一個可以聚集石油的岩層構造。無機生油理論主要是天文學家托馬斯·戈爾德在俄羅斯石油地質學家尼古萊·庫德里亞夫切夫（Nikolai Kudryavtsev）的理論基礎上發展起來的。這個理論認為在地殼內已經有許多碳，這些碳自然地以碳氫化合物的形式存在，碳氫化合物比岩石孔隙中的水輕，因此沿著岩石縫隙向上滲透。石油中的生物標誌物是由居住在岩石中的、喜熱的微生物形成的，與石油本身無關，在地質學界中這個理論只有少數人支援。目前世界上95%以上的石油和天然氣是根據有機生油理論找到的。