일반적으로 온도와 압력 조건에 따라 액체 또는 기체 상태로 존재하는 자연발생적인 탄화수소 혼합물을 말한다. 원유의 화학적 성분으로는 탄소와 수소가 지배적이며 소량의 불순물로서 유황, 질소, 산소 그리고 헬륨 등이 포함되어 있다. 원유에는 상이한 탄화수소 분자 배열이 존재하며 이에 따라 원유의 물리적, 화학적 특성이 달라지게 된다. 원유의 가장 일반적인 계열은 파라핀(paraffin), 올레핀(olefine), 폴리메틸렌(polymethylene), 아세틸렌(acetylene), 터펜틴(terpentine) 및 벤젠계이고, 이를 크게 4가지로 구분하면, 기본 탄화수소 계는 파라핀, 나프틴(naphtene), 방향족 그리고 아스팔트(asphalt)계로 나눌 수 있다. 분자의 파라핀 혹은 알칸 형태는 탄소원자간 단일 결합된 탄소의 직렬 연쇄구조로서 그 일반식은 CnH2n+2이다. 파라핀계는 5개 이상의 탄소가 횡적으로 배열되는데 18개 이상의 분자에서는 밀랍 원유를 형성하게 된다. 고온의 지하 저류층에서는 밀랍원유가 액상으로 존재하나, 지상으로 회수되면서 온도가 떨어지면 고결현상을 일으켜 생산에 큰 제약을 주므로 경제적 가치는 낮다. 나프틴 혹은 환형 파라핀계는 탄소원자간에 단일 결합된 환형구조로 일반식은 CnH2n이다. 방향족 혹은 벤젠계 분자들은 탄소원자간에 부분적으로 이중결합된 고리구조이며 일반식은 CnH2n-6이다. 아스팔트계 원유는 표준상태에서 고체이거나 반고체 상태이며 40～60개의 탄소원자로 이루어져 분자량이 크고, 끓는점이 높다는 특성이 있다.