Não há fórmula química para o petróleo, pois não é um composto químico, mas uma mistura complexa que contém várias quantidades de diferentes hidrocarbonetos e outros produtos químicos. Existem quatro tipos principais de hidrocarbonetos geralmente encontrados no petróleo , também conhecido como óleo cru: parrafins, aromáticos, asfálticos e naftenos.
A composição química do petróleo pode variar drasticamente de uma amostra para outra, embora as concentrações específicas de elementos químicos no petróleo bruto sejam geralmente bastante padronizadas. A maior parte do petróleo contém aproximadamente 83 a 87 por cento de carbono, 10 a 14 por cento de hidrogênio, 0,5 a 6 por cento de enxofre, 0,1 a 2 por cento de nitrogênio e 0,5 a 1,5 por cento de oxigênio. Além disso, o petróleo geralmente contém traços de vários metais.
