Dầu thô là nhiên liệu hóa thạch và như tên gọi của nó, nó có nguồn gốc từ hóa thạch. Theo thời gian, tàn tích của thảm thực vật và các sinh vật khác nhau, chẳng hạn như vi khuẩn và tảo, được bao phủ bởi sự gia tăng lượng đất trước khi chúng được chuyển hóa thông qua nhiệt và áp suất thành vật chất có thành phần chủ yếu là hydrocacbon. Nguyên liệu này, được gọi là dầu thô hoặc dầu mỏ, là sản phẩm của quá trình này.
Các nhà khoa học tin rằng hầu hết dầu thô khai thác ngày nay được tạo ra từ các sinh vật biển, chẳng hạn như động vật phù du và tảo. Họ nghi ngờ những động vật lớn hơn cũng có thể là một phần của hỗn hợp này.
Khi những phần còn lại này bắt đầu thay đổi do nhiệt và áp suất, chúng trở thành thứ mà các nhà địa chất gọi là kerogen, một chất sáp. Với nhiều nhiệt hơn, kerogen trở thành hydrocacbon lỏng và khí.
Các hydrocacbon trong dầu thô phần lớn bao gồm xycloalkanes và ankan, cũng như oxy, nitơ, lưu huỳnh và đồng, sắt và niken.
Các nhà địa chất biết vị trí các hồ chứa dầu dựa trên các kiểu hình thành đá. Các thành tạo như vậy có đặc điểm là đá gốc chôn sâu có chứa vật liệu hydrocacbon, đá chứa chất thấm nước để nó tụ lại và một lớp đệm đá để giữ cho vật liệu không tiếp xúc với bề mặt trước khi nó được khai thác bằng máy khoan và máy bơm.