O petróleo é classificado como uma rocha sedimentar de origem biogénica. Contudo, classificações atuais não o consideram uma rocha. O petróleo forma-se a partir de material orgânico, nos poros das rochas sedimentares sendo, por isso, considerado um fluido de origem biogénica, com uma percentagem variável de gases.
O petróleo e o gás natural encontram-se em meios semelhantes e ocorrem tipicamente associados um ao outro. O significado da palavra petróleo é óleo de pedra. Num sentido mais amplo refere-se a um conjunto de produtos naturais constituídos por misturas complexas e variáveis de hidrocarbonetos sólidos, líquidos e gasosos associados a pequenas quantidades de outras substâncias como os compostos sulfurosos e os compostos azotados. Num sentido mais restrito, o termo petróleo emprega-se em relação aos produtos naturais líquidos e é também designado por petróleo bruto ou óleo bruto.
A formação deste hidrocarboneto é bastante complexa. Os hidrocarbonetos são compostos químicos constituídos por átomos de hidrogénio e de carbono. A formação de hidrocarbonetos tais como o petróleo resulta da conjugação de vários fenómenos naturais, não reproduzíveis em laboratório.
Ao longo da História foram surgindo várias teorias que explicavam a formação do petróleo. As teorias inorgânicas foram as primeiras a surgir. Esta teoria admitia que a energia vulcânica poderia ligar o carbono ao hidrogénio, formando primeiro acetilano e depois outros hidrocarbonetos. Vários estudiosos afirmavam que no interior da Terra, a altas pressões e temperaturas, a água reagia com carbonetos metálicos originando acetileno e depois petróleo.
A teoria orgânica, aceite nos dias de hoje, explica com tantos argumentos a favor que perdeu o carácter de hipótese para entrar no campo dos conhecimentos concretos. Esta teoria considera que os petróleos resultaram da decomposição em ambientes anaeróbios e sob ação de microrganismos de constituintes gordos de sapropel, vasa acumalada no fundo de certas lagunas. Constitui um argumento a favor desta teoria o fato de os petróleos apresentarem sempre vestígios de esteróis, substâncias estreitamente aparentadas com a clorofila, e outras como o colesterol, hemoglobina e hormonas, extremamente importantes nos seres vivos. Por outra lado, quase todos os depósitos submarinos contêm alguns vestígios de hidrocarbonetos e outras substâncias orgânicas.
Os hidrocarbonetos naturais encontram-se sobretudo em rochas sedimentares de origem amrinha e a água que os acompanha é salgada. Sugere-se que, por isso, teriam sido originados a partir de algas e pequenos animais marinhos planctónicos. Neste processo as bactérias, conjuntamente com as diatomáceas, assumem papel importante pelo seu número e capacidade de reprodução. Nestes organismo, os hidrocarbonetos estão presentes em minúsculas gotículas disseminadas no interior do protoplasma.
Além dos hidrocarbonetos existentes nos seres vivos e acumulados nas vasas, outros teriam sido formados a partir da fermentação de matéria orgânica, sobretudo lípidos e proteínas, contidos nos organismos planctónicos que constituem a vasa sapropélica. Estas transformações cosntituem, no seu conjunto, a betuminização. Para elas concorrem também minerias argilosos que funcionam como catalisadores das reações.
A pressão e a temperatura que são cada vez maiores à medida que se avolumam os depósitos e se vai dando a subsidência dos fundos das bacias, favorecem a formação de hidrocarbonetos. À profundidade de 6 quilómetros as pressões podem ser da ordem dos 600 quilogramas por centímetro quadrado e a temperatura raramente ultrapassa os 100 ºC.
Conjuntamente com a abundância de plâncton é indispenável a existência de um meio sedimentar redutor, em águas pouco agitadas e profundas que impeçam a destruição ou dispersão da matéria orgânica. Os meios naturais mais propícios para se obterem estas condições são, geralmente, as lagunas marinhas isoladas por recifes ou cordões litorais. O mesmo pode acontecer em certos estuários onde se depositam grandes quantidades de matéria orgânica. Também se admite que possa ocorrer formação de petróleo em zonas lagunares continentais.
