石油的原料是生物的屍體，生物的細胞含有脂肪和油脂，脂肪和油脂則是由碳、氫、氧等3種元素組成的。生物遺體沉降於海底或湖底並被淤泥覆蓋之後，氧元素分離，碳和氫則組成碳氫化合物。

生物成油理論

大多數地質學家認為石油像煤和天然氣一樣，是古代有機物透過漫長的壓縮和加熱後逐漸形成的。按照這個理論石油是由史前的海洋動物和藻類屍體變化形成的。

(陸上的植物則一般形成煤。) 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下它們逐漸轉化，首先形成臘狀的油頁岩，後來退化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，它們向.上滲透到附近的岩層中，直到滲透到上面緊密無法滲透的、本身則多空的岩層中。這樣聚集到一起的石油形成油田。透過鑽井和泵取人們可以從油田中獲得石油。

非生物成油理論

非生物成油的理論天文學家托馬斯●戈爾德在俄羅斯石油地質學家尼古萊●庫德里亞夫切夫 的理論基礎上發展的。這個理論認為在地殼內已經有許多碳，有些這些碳自然地以碳氫化合物的形式存在。碳氫化合物比岩石空隙中的水輕，因此沿岩石縫隙向上滲透。石油中的生物標誌物是由居住在岩石中的、喜熱的微生物導致的。與石油本身無關。在地質學家中這個理論只有少數人支援。一般它被用來解釋- - 些油田中無法解釋的石油流入，不過這種現象很少發生。