石油的形成主要有兩種理論：生物沉積變油理論和非生物成油理論。具體如下：
生物沉積變油理論。這是目前更廣泛接受的理論，認為石油是由古代海洋或湖泊中的生物經過長時間演化形成的。這些生物的遺體沉降於海底或湖底，並被淤泥覆蓋，隨後在地下高溫和高壓的作用下，這些生物遺體經歷長時間的物理化學作用，最終轉化為石油。
非生物成油理論。認為石油是由地殼內本身的碳生成，與生物無關。這種理論認為地殼內已經存在許多碳，某些情況下這些碳以碳氫化合物的形式存在，最終轉化為石油。
這兩種理論都有其支持者，但生物沉積變油理論更為廣泛接受。無論哪種理論，石油的形成都是一個漫長而複雜的過程。