自然界中存在於地下的以氣態、液態、固態烴類化合物為主，並含有少量雜質的複雜混合物。英文petroleum一詞導源於希臘文petra（巖石）和拉丁文oleum（油），意思指巖石中的油。在中國，石油一詞最早見於北宋時沈括的《夢溪筆談》。最初人們把自然界產出的油狀可燃液體礦物稱為石油，把可燃氣稱為天然氣，把固態可燃油質礦物稱為瀝青。隨著對這些礦物的深入研究，認識到它們在成因上互有聯繫，在組成上均屬烴類化合物，因之將它們統稱為“石油”。有些學者認為石油僅包括液態和和氣態，在工業界日常應用中，往往與原油一詞混用，隻指液態油礦物。
18世紀70年代以來，關於石油和天然氣成因的學說有：無機生成說和有機生成說兩派。無機說認為石油和天然氣是在地下深處高溫、高壓條件下，由無機物合成的；有機說認為油氣是在地質歷史上由分散在沉積巖中的低等動、植物有機體，在一定深度和相應地熱條件下的適宜環境內，經歷著生物化學、熱催化、熱裂解、高溫變質等階段，陸續轉化為石油和天然氣，並且運移到具有圈閉條件的儲層（孔隙、裂縫、洞穴）中去，最後富集成為不同類型的油、氣藏。固態石油礦床如天然瀝青和地蠟是液態石油礦床受到破壞和氧化以及微生物活動的結果。由於原始有機質的來源和生成石油的環境與聚集保存條件不同，使石油的組成成分、物理和化學性質各異。
隨著石油勘探和開發事業的發展，有機地球化學研究的進展，現代分析手段在石油地質研究中的應用，石油有機生成理論發展迅速，已為大多數石油工作者所接受。但有少數學者仍堅持無機生成學說。