研究表明，石油的生成至少需要200萬年的時間，在現今已發現的油藏中，時間最老的達5億年之久。但一些石油是在侏羅紀生成。在地球不斷演化的漫長歷史過程中，有一些”特殊”時期，如古生代和中生代，大量的植物和動物死亡后，構成其身體的有機物質不斷分解，與泥沙或碳酸質沉淀物等物質混合組成沉積層。由于沉積物不斷地堆積加厚，導致溫度和壓力上升，隨著這種過程的不斷進行，沉積層變為沉積巖，進而形成沉積盆地，這就為石油的生成提供了基本的地質環境?！?br/>
大多數地質學家認為石油像煤和天然氣一樣，是古代有機物通過漫長的壓縮和加熱后逐漸形成的。按照這個理論石油是由史前的海洋動物和藻類尸體變化形成的。(陸上的植物則一般形成煤。)經過漫長的地質年代這些有機物與淤泥混合，被埋在厚厚的沉積巖下。在地下的高溫和高壓下它們逐漸轉化，首先形成臘狀的油頁巖，后來退化成液態和氣態的碳氫化合物。由于這些碳氫化合物比附近的巖石輕，它們向上滲透到附近的巖層中，直到滲透到上面緊密無法滲透的、本身則多空的巖層中。這樣聚集到一起的石油形成油田。通過鉆井和泵取人們可以從油田中獲得石油。地質學家將石油形成的溫度范圍稱為“油窗”。溫度太低石油無法形成，溫度太高則會形成天然氣。
實際上，這個假說并不成立，原因是即使把地球所有的生物都轉化為石油的話，成油量與地球上探明的儲量相差過大。
非生物成油的理論天文學家托馬斯.戈爾德在俄羅斯石油地質學家尼古萊·庫德里亞夫切夫的理論基礎上發展的。這個理論認為在地殼內已經有許多碳，有些這些碳自然地以碳氫化合物的形式存在。碳氫化合物比巖石空隙中的水輕，因此沿巖石縫隙向上滲透。石油中的生物標志物是由居住在巖石中的、喜熱的微生物導致的。與石油本身無關。在地質學家中這個理論只有少數人支持。一般它被用來解釋一些油田中無法解釋的石油流入，不過這種現象很少發生。
