石油的成因主要有兩種理論：生物沉積變油理論和石化油理論。
生物沉積變油理論認為石油是由古代海洋或湖泊中的生物經過漫長的演化形成的。這些生物體死亡後被埋入泥土，經過長時間的壓實和加熱作用，逐漸轉化為石油。這一過程首先形成臘狀的油頁岩，最終退化成液態和氣態的碳氫化合物。這些輕於周圍岩石的碳氫化合物向上滲透，聚集形成油田。
石化油理論則認為石油是由地殼內本身的碳生成，與生物無關。這一理論認為地球深處的金屬碳化物在高溫下與水反應，生成烴類，從而形成石油。這種理論可以解釋一些油田在長時間棄置後仍能生產石油的現象。
絕大多數研究者都支持生物沉積變油理論，而石化油理論則較少被接受。這兩種理論都有其科學依據和爭議。