No existe una fórmula química para el petróleo, ya que no es un compuesto químico, sino una mezcla compleja que contiene diversas cantidades de hidrocarburos diferentes y otros productos químicos. Hay cuatro tipos principales de hidrocarburos que se encuentran generalmente en el petróleo , también conocido como petróleo crudo: parrafinas, aromáticos, asfálticos y naftenos.
La composición química del petróleo puede variar dramáticamente de una muestra a otra, aunque las concentraciones específicas de elementos químicos en el petróleo crudo son generalmente bastante estándar. La mayoría del petróleo contiene aproximadamente 83 a 87 por ciento de carbono, 10 a 14 por ciento de hidrógeno, 0.5 a 6 por ciento de azufre, 0.1 a 2 por ciento de nitrógeno y 0.5 a 1.5 por ciento de oxígeno. Además, el petróleo generalmente contiene cantidades traza de varios metales.