石油的形成主要有兩種理論，生物沉積變油理論和非生物成油理論。詳情如下：
生物沉積變油理論。認爲石油是由古代海洋或湖泊中的生物，在死亡後其遺骸沉積在海底或湖底，經過長時間的化學和生物作用，以及高溫高壓的處理，這些生物的脂肪和蛋白質逐漸轉化爲石油。這個過程非常緩慢，至少需要數百萬年，甚至可達數億年。
非生物成油理論。認爲石油是由地殼內的碳直接轉化而來，與生物作用無關。這種理論認爲地球內部的碳可以通過化學反應自然形成碳氫化合物，從而形成石油。一些科學家提出的證據表明，某些油田即使在廢棄多年後仍能繼續產油，這似乎支持非生物成油理論，即石油可能由地球內部的碳氫化合物產生。