石油是一种 复杂的烃类及非烃类化合物的混合物。其元素组成主要包括碳（C）、氢（H）、硫（S）、氮（N）、氧（O）以及一些微量元素。石油中碳的含量通常在83-87%，氢的含量在11-14%，这两者合计占石油元素组成的95-99%。非碳、氢元素总量则只占1-5%。

石油的化学组成包括：

烃类化合物

烷烃：包括正构烷烃和异构烷烃，后者主要是单取代基异构物，支链较短且大多靠近链端。

环烷烃：主要是五元和六元环烷烃的衍生物，低沸点馏分中以单环为主，中沸和高沸点馏分中还有双环和多环环烷烃。

芳香烃：包括单环、双环和多环芳香烃。

非烃类化合物

含硫化合物：如元素硫、硫醚、硫醇、噻吩及其同系物等，这些硫化物含量随沸点升高而增多。

含氮化合物：包括碱性含氮化合物（如吡啶、喹啉的同系物）和非碱性含氮化合物（如吡咯、吲哚、咔唑类），这些化合物主要集中在高沸点馏分及中。

含氧化合物：含量较少，主要以环烷酸为主，还包括脂肪酸和酚等。

胶状、沥青状物质：主要成分是稠合芳环为核心，连有环烷环和烷基侧链、并有各种杂原子基团的复杂大分子化合物，其中沥青质不溶于低分子正构烷烃而溶于苯。

金属化合物：以油溶性金属有机化合物或络合物的形态存在，集中在渣油中，常见的金属元素包括镍、钒、铁、铜等。

石油的物理状态包括气态、液态和固态，其中原油是常见的液态形式，天然气是气态形式，而天然焦油则是固态形式。

石油因其高能量密度、便于运输和储存等优点，成为世界上最重要的能源和化工原料之一。石油产品广泛应用于工业、交通和日常生活中，同时也因其不可再生性，人们对石油资源的可持续利用和替代能源的开发给予了高度关注。