石油和天然气都产在岩石里，但并不是所有的岩石都产石油和天然气，只有一部分岩石能够产油气。石油和天然气大都产于沉积岩中，从时间尺度看，前古生代（600Ma，Ma：百万年）以前的沉积岩，古生代（570Ma～250Ma）、中生代（250Ma～65Ma）、新生代（65Ma～全新世）的沉积岩层都可以生油。有些学者认为，以石炭纪（晚古生代，约362Ma）以后形成的油气资源最主要，原因是油气的生成与大量生物发育、生长、死亡及有机质转化有关，而只有从石炭纪开始地球上的生物才能够大量繁殖、死亡，产生大量有机质并转化成油气。
在近海浅海带以及大陆内部的湖泊里，由于气候湿热，植物非常茂盛，微生物大量繁殖。随着地壳运动的产生，地壳下陷，气候急剧变化，火山频繁活动，生物大量死亡。这些动植物掩埋在海水底部，上部不断沉积砂石，可达几千米或更厚。
经过长期的地质作用，砂石成岩后，掩埋其中的死亡生物遗体，在水和有机质的作用下，随着温度升高发生质变，产生烃类、甲烷、乙烷、丙烷以及硫、碳氢等，既有气态也有液态。它们越聚越多，达到一定浓度后排出，聚集到合适的构造环境中成为油气藏。