生物由来説（有機成因論）
大部分の地質学者は、石炭や天然ガスのように、石油は太古の生物が地質学的タイムスケールで圧縮されてできると見ている。この説によると、石油は有史以前（古生代から中生代）の海洋生物や陸上の植物の遺骸から形成される。 百万年以上の長期間にわたって厚い土砂の堆積層の下に埋没した生物遺骸は、高温と高圧によって化学変化を起こす。最初は油母(kerogen)として知られているワックス状の物質に変わり、次いで液体やガスの炭化水素へと変化する。これらは岩盤内の隙間を移動し、貯留層と呼ばれる多孔質岩石に捕捉されて、油田を形成する。液体はボーリング（井戸掘り）とポンプによりくみ上げられる。この由来から、石炭とともに化石燃料とも呼ばれる。 石油が生物由来であることの根拠として、石油中に含まれる有機物に生物由来と見られるポルフィリン様物質が含まれることがあげられる。
無機成因論
石油の起源は無生物であると論じている少数の科学者がいる。この説によれば、惑星（地球）内部には膨大な量の炭素が存在するのが自然であり、一部分は炭化水素の形で存在している。炭化水素は岩石よりも軽いので、地表へと染み出してくる。 この無機成因論に基づけば、一度枯れた油井もしばらく放置すると再び原油産出が可能となる現象を説明することができる。
また、トーマス・ゴールドの新しい説が2003年のScientific American誌で発表され、それによると炭化水素は地球の内核で放射線の作用により発生するとされている。
