一種高灰分的、乾餾後可以獲得葉巖油的緻密薄層狀可燃有機巖，又稱油母葉巖。與腐泥煤的區別是礦物質含量高；與一般的瀝青質葉巖的區別是有機組分中以非原質瀝青為主，不含或含微量（小於1～2％）的原質瀝青。在自然狀態下不溶於有機溶濟，加熱分解後才能溶解，故又稱熱解瀝青質葉巖或焦瀝青質葉巖。油葉巖主要呈灰褐色、褐黃色（土色）、深灰色、灰黑色，少數呈灰綠色或雜色，暗淡無光澤，指甲刻劃時出現有光澤的油蹟。富韌性，用刀可以切割，薄片具彈性，可直接點燃，燃燒時火焰高並發出瀝青青臭味。
油頁巖由有機質和無機礦物質組成。顯微鏡透射光下，有機質主要為均一狀或團塊狀的淺黃、綠黃、灰黃色的透明或半透明腐泥基質，還有少量未經充分分解而保留的低等生物遺體，有時還混有來源於腐殖質的顯微組分，構成有機組分中的形態分子。無機質主要是石英、長石、粘土、碳酸鹽類以及黃鐵礦等其他礦物。
油頁巖的化學工藝性質，可通過元素分析、工業分析、發熱量測定及低溫幹餾等確定。含油率和發熱量是評價油頁巖工業用途的重要工藝指標。含油率是指油頁巖幹餾後獲得的頁巖含量百分比。工業上要求最低含油率（鋁甑法）要大於4～5％。中國已發現的油頁巖礦床的含油率從百分之幾到百分之十幾，個別的達到20％以上。發熱量一般在8.4×106焦耳／千克左右，是煤的1/4～1/2。因此，油頁巖的工業用途主要是煉油和作化工原料。
一般認為油頁巖是粉沙、淤泥和低等生物殘體腐解的有機質沉積形成的。有機質在厭氧細菌的活動下，經過瀝青化作用並與摻入的粉沙、淤泥等形成含礦物雜質較多的腐泥物質──油頁巖的前身。而後，富含有機質的沉積層在地下深處，經成巖作用和散失揮發物質等物理化學作用，成為油頁巖層。
根據形成的古地理環境，油頁巖礦床可劃分為近海型和內陸湖泊型。①近海型，是指在潟湖海灣、濱海三角洲外緣以及其他濱海環境中形成的油頁巖。這類礦床分佈面積廣，礦層層數多，但每層厚度不大，油頁巖的含油率較高，有的高達24％，是世界上發現的油頁巖的主要礦床類型。中國的茂名油頁巖即屬這一類型。②內陸湖泊型，是指在內陸湖泊環境中形成的，常與煤共生，或呈互層出現。礦層的厚度較大，可達數十米，但橫向變化大，含油率一般較低。中國撫順油頁巖礦床即屬這一類型。撫順礦區含油頁巖層的撫順群巖性細，為一套典型的內陸湖相沉積，油頁巖礦層位於主煤層之上，厚48～190米，呈褐-暗褐色，致密堅硬，中厚層狀至薄層狀，含昆蟲、魚和植物化石，上部為富礦層，下部為貧礦層。
資料表明，目前中國的16個省、區有油頁巖分佈，地質時代從石炭紀到第三紀，其中以侏羅-白堊紀和第三紀最多，有的形成重要礦床。中生代油頁巖礦床主要集中於中國的西部，而第三紀的則集中於中國東部沿海地區。