O petróleo é formado quando os materiais orgânicos são enterrados sob a rocha sedimentar; condições anóxicas e pressão intensa causam uma transformação gradual no petróleo. A maioria dos componentes do óleo são pequenas algas e zooplâncton, embora alguns animais maiores como os dinossauros também estejam na mistura. Esse processo leva centenas de milhares de anos.
A formação de óleo requer uma combinação de vários fatores. Os cientistas se referem ao petróleo como combustível fóssil porque é derivado de organismos pré-históricos. Plantas e animais se instalam abaixo da terra e do mar, junto com areia e lodo. Esses restos são gradualmente cobertos pelo acúmulo de rochas sedimentares, que criam calor e pressão. Essas condições tornam-se anóxicas, o que significa que há falta de oxigênio dissolvido no sistema.
O calor e a pressão transformam primeiro a matéria orgânica em querogênio, um material ceroso. À medida que o calor e a pressão aumentam, o querogênio passa pelo processo de catagênese, que transforma o material em hidrocarbonetos líquidos e gasosos.
Para que o óleo se forme, a mistura deve atingir uma temperatura que os geólogos chamam de "janela de óleo". Caso contrário, ele permanece em seu estado de querogênio.
Com o tempo, o óleo sobe através dos poros da rocha. Algumas infiltram-se na superfície da Terra, mas a maioria permanece presa em barreiras. As armadilhas subterrâneas de petróleo são chamadas de reservatórios. As pessoas extraem petróleo dos reservatórios por meio de perfurações.
