A terceira classe de processos de refinação compreende aqueles que purificam os produtos. Há no óleo cru muitos elementos não hidrocarbonados, principalmente enxofre, que lhe conferem propriedades indesejáveis. Vários processos foram criados para neutralizá-los ou removê-los. Por meio da hidrogenação – processo desenvolvido por técnicos alemães para a transformação do carvão em gasolina – as frações do petróleo são submetidas a altas pressões de hidrogênio e a temperaturas entre 26º e 538º C, em presença de catalisadores.