石油是一種複雜的混合物，主要由各種烷烴、環烷烴、芳香烴組成。
石油的化學成分主要包括碳（約占83%~87%）和氫（約占11%~14%），同時還含有少量的硫（0.06%~0.8%）、氮（0.02%~1.7%）、氧（0.08%~1.82%）以及微量金屬元素如鎳、釩、鐵等。石油中，由碳和氫形成的烴類物質占石油總組成的95%~99%。這些烴類包括油質、膠質、瀝青質和碳質，其中油質是石油的主要成分。膠質是一種粘性的半固體物質，瀝青質為暗褐色或黑色的脆性固體物質，而碳質是不溶於有機溶劑的非碳氫化合物。此外，石油中還含有氣態和固態的碳氫化合物。