La descomposició de la matèria orgànica en un medi anaeròbic i sota pressions i temperatures elevades dóna lloc a un líquid viscós format per milers d'hidrocarburs diferents: el petroli.
Existeixen diferents tipologies d'hidrocarburs, amb fórmules químiques diverses.
Químicament es divideixen en tres famílies:
El poder calorífic aproximat és de 10.000 kcal/kg. La base atòmica dels hidrocarburs és el carboni (C) i l'hidrogen (H), al igual que molts dels compostos elementals dels organismes com, per exemple, els hidrats de carboni o els àcids grassos, fet que explica el seu origen orgànic.
Els jaciments de petroli són constituïts sempre per una roca impermeable, constituint una barrera que el petroli no pot travessar, la qual té damunt d'ella la roca magatzem, on el petroli es troba impregnant la pròpia roca.
Una propietat característica del petroli és la miscibilitat de totes les seves fraccions, per la qual cosa forma una fase orgànica contínua.
En canvi, els hidrocarburs són poc miscibles en aigua, sent més lleugers que aquesta, fet que permet que el petroli formi sempre una capa damunt la seva superfície.
El petroli no forma grans llacs subterranis, sinó que omple els porus i els forats de les roques d'origen sedimentari, d'igual manera com succeeix amb l'aigua en els aqüífers o en una esponja.
La seva naturalesa líquida fa que tingui tendència a emigrar verticalment o horitzontalment tot aprofitant la permeabilitat de les capes rocoses que troba al seu pas.
S'ha trobat petroli a tots els continents del planeta excepte a l'Antàrtida.
Ara bé, la distribució mundial dels jaciments no és uniforme, sinó que es concentra en vuit grans zones petrolíferes, algunes de les quals es troben en el mar.
La primera operació que inicia el cicle d'activitat de la indústria petrolífera és la prospecció o recerca dels jaciments, es a dir, analitzar amb detall les formacions rocoses, la disposició dels estrats o la composició del sòl, entre d'altres coses, per determinar quins són els llocs propicis per contenir bosses de petroli.
Amb la informació obtinguda es dibuixa una carta geològica del lloc estudiat, el primer pas en l'exploració petrolífera.
Un cop acabada la fase de prospecció, es fa un sondeig per esbrinar si un pou conté prou petroli com perquè la seva explotació sigui rendible.
Aquest sondatge es realitza amb una barrina molt potent instal·lada en una torre de perforació que forada lentament el sòl fins arribar al punt on hi ha el jaciment.
Un cop es decideix dur a terme l'explotació del jaciment i quan finalment s'accedeix a la capa que conté petroli, s'ha de treballar amb molta cura a l'hora d'extreure'l, ja que s'allibera a pressions molt elevades que cal controlar per evitar escapaments i explosions.
Una vegada ha estat obert el pou, es retira la torre, s'instal·la una màquina de bombeig i s'inicia l'extracció del petroli cru.
El petroli cru que surt dels pous és gairebé inservible, motiu pel qual ha de ser refinat a fi i efecte d'extraure'n els productes realment útils.
Actualment el procés de refinatge es duu a terme en els propis països consumidors de petroli.
Actualment, gairebé la totalitat del petroli es transporta o bé per via marítima, en vaixells-tanc que poden contenir fins a 500.000 tones —els anomenats superpetroliers- o per via terrestre a través dels oleoductes, conductes de més d'un metre de diàmetre i centenars de quilòmetres de longitud a través dels quals és impulsat.
Les diferents qualitats dels petrolis crus venen determinades, precisament, per les característiques dels seus components.
Així, aquells petrolis que tenen una major proporció d'hidrocarburs lleugers —és a dir, un baix nombre d'àtoms de carboni- són considerats de més qualitat, ja que se'n poden obtenir productes més valuosos.
El procés industrial mitjançant el qual es produeixen els productes energètics derivats del petroli cru es coneix com a refinatge i es realitza a les refineries.
El refinatge del petroli es porta a terme mitjançant una columna de destil·lació i amb el procediment de "destil·lació fraccionada", en el qual contínuament entra el petroli cru i surten els diferents productes destil·lats segons els seus punts d'ebullició.
Posteriorment, els compostos obtinguts són refinats novament en altres unitats de procés on és modificada la seva composició molecular o eliminats els compostos no desitjats —com per exemple el sofre.
D'aquesta manera, s'obtindran els productes desitjats d'acord amb les exigències tècniques i ambientals que els cal per a la seva utilització comercial.
L'emmagatzematge dels recursos energètics permet garantir el proveïment abundant i regular als consumidors, sobretot en moments de crisi causats per problemes polítics, econòmics o comercials entre els països exportadors i els consumidors.
En una refineria, el parc de dipòsits representa una despesa equivalent a la de processament i tractament del petroli i exigeix una ocupació del sòl que pot suposar fins a un 70% del terreny disponible.
És tan àmplia la diversitat de productes obtinguts de la destil·lació del petroli i tantes les utilitats de cadascun, que ha calgut desenvolupar una complexa xarxa de sistemes de distribució per posar-los a l'abast de l'usuari.
Si bé en alguns casos certs clients que consumeixen grans quantitats d'uns determinats productes els reben directament de les refineries a través d'oleoductes, per regla general la distribució entre els punts de refinat i els de subministrament es fa per carretera, ferrocarril o vaixell mitjançant cisternes construïdes expressament per donar aquest servei de la manera més eficient i segura.