El petróleo está formado por hidrocarburos, que son compuestos de hidrógeno y carbono, en su mayoría parafinas, naftenos y aromáticos, que son los que caracterizan el petróleo. Junto con cantidades variables de derivados hidrocarbonados de azufre, oxígeno y nitrógeno. Cantidades variables de gas disuelto y pequeñas proporciones de componentes metálicos. También puede contener agua en suspensión o en emulsión y sales. Sus componentes útiles se obtienen por destilación en las refinerías de petróleo. Los componentes no deseados: azufre, oxígeno, nitrógeno, metales, agua, sales, etc,... se eliminan mediante procesos físico-químicos.

El número de compuestos es muy grande. En un crudo determinado se han aislado hasta 277 compuestos de hidrocarburos.

La mayoría de hidrocarburos aislados se clasifican como:

Hidrocarburos parafínicos ( 33% ): Son hidrocarburos saturados homólogos del metano ( CH4 ). Su fórmula general es Cn+H2n+2

Cicloparafinas-Naftenos ( 21% ): Son hidrocarburos cíclicos saturados, derivados del ciclopentano ( C5H10 ) y del ciclohexano ( C6H12 ). Muchos de estos hidrocarburos contienen grupos metilo en contacto con cadenas parafínicas ramificadas. Su fórmula general es CnH2n

Hidrocarburos aromáticos ( 47% ): Son hidrocarburos cíclicos insaturados constituidos por el benceno ( C6H6 ) y sus homólogos. Su fórmula general es CnHn.

Otros hidrocarburos:

Olefinas: Son moléculas lineales o ramificadas que contienen un enlace doble de carbono. Su fórmula general es CnH2n
Dienos: Son moléculas lineales o ramificadas que contienen dos enlaces dobles de carbono. Su fórmula general es CnH2n-2
Compuestos no hidrocarburos: Los compuestos más importantes son los sulfuros orgánicos, los compuestos de nitrógeno y de oxígeno. También hay trazas de compuestos metálicos, tales como el sodio (Na), hierro (Fe), níquel (Ni), vanadio (V), plomo (Pb), etc. Asimismo se pueden encontrar trazas de porfirinas, que son especies organometálicas