石油的形成主要有兩種理論，即生物沉積變油理論和石化油理論，其中生物沉積變油理論更爲廣泛接受。
石油是一種由多種烷烴、環烷烴、芳香烴等混合而成的液體，主要是古代海洋或湖泊中的生物，如藻類、魚類等，在死亡後沉積在海底或湖底，經過長時間的高溫高壓作用，這些生物的遺骸和有機物質逐漸轉化成石油。這一過程首先形成臘狀的油頁岩，最終退化成液態和氣態的碳氫化合物，這些碳氫化合物比周圍的岩石輕，因此向上滲透，最終在地下形成油田。
而石化油理論則認爲石油是由地殼內的碳直接轉化而來，與生物作用無關，這一理論認爲地球內部的碳氫化合物在特定的溫度和壓力下轉化爲石油。
目前，大多數科學家支持生物沉積變油理論，認爲石油的形成是一箇長期而複雜的生物化學和地質過程。