石油是由古代有機物在地球演變過程中經過長時間的壓縮和加熱逐漸形成的。
石油的形成過程至少需要兩百萬年，甚至可達五億年之久。這一理論在地質學界得到廣泛接受。石油的形成過程開始於大量動植物死亡後，其身體中的有機物質不斷分解，與地下的碳酸質沉澱物混合形成沉積層。隨着溫度和壓力的增加，這些沉積層逐漸變成沉積岩，並形成沉積盆地，爲石油的生成提供了合適的地質環境。由於碳氫化合物比岩石輕，它們會向上滲透，最終聚集形成油田。
此外，還有一種理論認爲石油是由地殼中的碳自然以碳氫化合物的形式存在，並由岩石中的微生物轉化而成。但這種理論在地質學家中支持者較少。