O óleo cru é formado basicamente de hidrocarbonetos – compostos de carbono e hidrogênio combinados em moléculas de disposição e tamanho diversos. As moléculas menores, com um a quatro átomos de carbono, formam os gases; moléculas maiores (de quatro a cerca de dez átomos de carbono) constituem a gasolina; moléculas ainda maiores, de até cinqüenta átomos de carbono, são as dos combustíveis leves e óleos lubrificantes; e moléculas gigantes, de várias centenas de átomos de carbono, compõem combustíveis pesados, ceras e asfaltos. Junto aos hidrocarbonetos gasosos há apreciáveis quantidades (até 15%) de nitrogênio, dióxido de carbono e ácido sulfídrico, além de pequena porção de hélio e outros gases. Nos hidrocarbonetos líquidos em geral se encontram traços de oxigênio, enxofre e nitrogênio, na forma elementar ou combinados com as moléculas de hidrocarbonetos.

Os átomos de carbono unem-se nas moléculas de hidrocarbonetos de duas matérias diferentes: para formar compostos em forma de anel (hidrocarboneto cíclico) ou de cadeia (hidrocarboneto acíclico ou alifático). Além disso cada átomo de carbono pode ser completado de maneira total ou apenas parcial por átomos de hidrogênio e assim formar, respectivamente, moléculas saturadas ou não – saturadas. Os hidrocarbonetos saturados cíclicos chamam-se naftenos e os acíclicos, parafinas; os não saturados cíclicos chamam-se aromáticos e os acíclicos, olefinas ou alcenos.