Khí tự nhiên và dầu thô khác nhau về cả thành phần hóa học và trạng thái tự nhiên của chúng. Dầu có xu hướng được tìm thấy ở pha lỏng trong các bể chứa dưới lòng đất, trong khi khí tự nhiên tồn tại ở pha khí trừ khi nó có thể làm lạnh đến -160 độ C.
Cả khí tự nhiên và dầu đều được cấu tạo chủ yếu từ các phân tử hữu cơ phức tạp được gọi là hydrocacbon. Các thành phần chính của khí tự nhiên là mêtan và bất kỳ sự kết hợp nào của etan, propan và butan. Dầu thay đổi rất nhiều theo nguồn gốc của nó, nhưng nó chủ yếu bao gồm naphthenes, parafin và hydrocacbon thơm. Phần còn lại của dầu thô thường được sử dụng bởi một loại hợp chất được gọi là nhựa đường.
