我们常用“化石燃料”来称呼石油、煤炭、天然气等经过千百万年才形成的能源。在煤炭中，人们早已发现了树木的化石和由树木的脂类物质形成琥珀等直接证据，表明其是由死去的植物体演变而成的；对于天然气，石油地质工作者们也已证明，它们可以由石油、甲烷细菌的生物化学作用、石油的受热裂解及煤炭的分解作用而形成，同时，还可以从地下深处的岩浆中释放出富含甲烷的“无机成因天然气”。石油是由古代生物（包括动物与植物，尤以浮游生物为主）生成的，这一点也被大多数学者认同。随着全球范围内石油勘探难度的增加和人们对油田研究程度的加深，越来越多的现象用“石油有机成因”的理论无法或难以解释。
多年的勘探实践中，传统石油地质理论和专家学者遇到了一些难以用石油“有机成因理论”圆满解释的现象：
为什么会在一些地区找到大约15亿年前形成的石油？而按照传统的石油地质与生物学理论，当时的生物量似乎并不足以形成石油。为什么在一些不含生物的地层中也能找到石油？比如加拿大阿尔伯塔省的阿塔巴斯河区和美国堪萨斯的克拉富特—普鲁斯油田的所在地就没有富含生物的沉积岩层。
为什么许多大型油气田都分布在地壳的大型线状断裂带上？它们的分布显然受地球板块的边界控制，比如美国在洛杉矶的逆掩断裂带上就发现了19个油田。为什么一些油气田都与大山脉相邻？那里大多是板块或者地块的结合带。
为什么世界上的大型、超大型油气田大多集中分布？比如中东地区，这仅仅用“那里的海相地层可以更多地富集有机质”的观点去解释恐怕是难以令人信服的。
为什么大型油气田的分布区内，往往地热值都较高？而且大油田的地层深部大多存在着一个地幔柱，那是油藏与地下深处相通的证据。
为什么世界上许多油田的汞含量都很高？其含量高于大气中汞含量的几十到几百倍。为什么一些油气区中的氦含量也高得惊人（如我国四川南部天然气田中的氦的比例相当高，经过提纯后可以生产工业性氦）？为什么在世界许多大型铅锌矿中都发现了大量碳质沥青？而铅锌矿富集的主要原因就是地壳深部的热液上涌。
传统的石油地质理论认为，石油的生成至少需要数百万年以上的时间，但是，最新的实验室内热模拟实验表明，石油的生成并不需要太高的温度和压力，人们对美国黄石公园内热泉的有机质研究也表明，生成石油的时间有几千年足矣！更有甚者，墨西哥湾水域漂浮的藻类经太阳暴晒数周后，竟有液态的油滴生成。
油气成因是20世纪地质科学中争论得最为激烈的问题之一，而且是一个一直延续至今的学术问题。
持“石油无机生成”观点的中外学者也不少，以苏联石油地质学家为主，他们提出的“原理”归纳起来就是：石油来源于地幔，是地幔沿着地壳裂隙上涌过程中的衍生物。任何物体都是在特定的内力和外力作用下，处于力的动态平衡而显现的一种物质形态。在超高压和高温的条件下，地幔的原子、原子核直至基本粒子等层次上的物质都有别于地壳中的任何物质，而且其性质也与地壳中的元素有所不同。因此，地壳中不存在什么构成原油的碳氢化合物。当地壳裂开以后，那里地幔的超高压状态被打破，原来的稳定结构被破坏，使之发生热膨胀，不断地释放内能而蜕变为岩浆。沿着裂缝上涌的岩浆由于发生热膨胀而不断耗散内能，在特定的压强和温度下，重新达到内力和外力平衡，进而演化出100多种元素。石油就是地幔发生热膨胀时，在特定的环境中形成的一种新物质形态。
岩浆中不断析出的气体，不仅使裂隙中的压强和温度持续升高，而且使裂隙中形成的烃类分子的密度连续增大，它们的内聚力不断加强，导致烃类分子趋向于形成复杂的结构，即乙炔→乙烯→甲烷→乙烷→丙烷→丁烷。当裂隙中碳氢化合物气体浓度和裂隙中的压强进一步升高时，就会使低碳类烃聚合为高碳烃烷，进而发生相态变化，也就是说，气体的烃类变成了液体的烃类——石油。石油在形成的初期，因为颗粒极小，可以随着热而向上移动，它们到裂隙的上方大量聚合，就可以融合成更大的油珠。当密度大的油珠进一步融合，其重量将大于岩浆气体热膨胀时所产生的推力，于是纷纷坠落或沿着裂隙壁流到其底部，并溢出岩浆。
当裂隙中的压强、温度和碳氢化合物的气体浓度达到相当高的标准后，才会形成石油，所以，石油淹没的岩浆析出的气体刚刚脱离岩浆就会遇到很高的压强，不仅在原子的层次上形成稳定的结构，而且迅速成为碳氢化合物。于是，岩浆气体的一部分在石油上浮的过程中，就演变为油气，而且会不断地增加，渐渐地就可能形成油气藏。
“石油无机生成”的观点认为，无论在陆地还是海底，只要地壳深部存在形成裂隙的地质条件，那里就可能存在生油构造，生成的石油与天然气沿着裂隙运移上来以后，可以聚集成大型油气田。中东波斯湾地区成为世界石油的主要产地，是因为阿拉伯半岛向东北方向移动，挤压欧亚大陆板块的伊朗一侧。从阿曼湾至小亚细亚半岛沿线的地壳深层均由于板块的挤压运动而形成密集的裂隙，于是该地区形成了大面积的油田和天然气田。
在石油有机成因与无机成因的大辩论中，“有机成因论”始终占据优势，迄今为止，世界上所有的大型油气田都是以这一理论的指导找到的（虽然在一些具体问题上，这一理论也有无法自圆其说之处），在石油中已经发现了丰富的、来源于生物体内的有机质和生物标记化合物（甾烷、萜烷类等）。
在石油与天然气的勘探中，地质学家们首先依靠岩石层中有机质的多寡和构成有机质的类型（海洋生物、湖泊生物还是陆生生物？各占的比例是多少等）来判断一个勘探靶区是否有石油或者能否具有工业性开采价值。而且，石油地球化学家们早已用富含有机质的沉积岩经过加温、加压热模拟“制造”出了石油与天然气。
为了探讨石油与天然气可能的“无机成因”，在20世纪后期，多国科学家联手，在北欧的斯堪的纳维亚半岛钻探了一口深达上万米的超深井，但结果仅仅找到了零星的、甲烷含量并不太高的天然气，根本没有见到石油的显示。这一结果大大地鼓舞了持石油“有机成因”的学者，也使“无机成因论者”感到沮丧。
正确认识油气的来源问题，不仅仅是理论问题，更具实践意义，它将使石油勘探的部署做战略性调整。一旦工业性石油的聚集与无机成因的关系得以确定，则石油勘探的领域将会迅速扩大，全球石油的储量也会快速增长，人类就不会再遭受能源危机的困扰，进而使世界的原油产量保持稳步增长。这也是许多科学家对这一重大学术问题投入大量精力的原因。