石油通常是深褐色、黑色、深绿色的粘稠液体或胶状半固体，是由多种烃（烷烃、环烷烃等）和少量有机硫以及氧和氮的化合物组成的可燃性混合物。地下采出、没经过加工的石油叫原油，平均含碳量约80％～85％，含氢量约10％～15％，多数原油的密度为0．75～1．0克/立方厘米，但有些重质油（例如，委内瑞拉的重质油）的密度超过1克/立方厘米。原油经过蒸馏、裂解、加氢等加工，可产生汽油、煤油、柴油、润滑油，加工后剩下渣油、石蜡、沥青和经过压缩的液化石油气。
在石油的开采、储运、装卸和炼制加工过程中，在石油和油品的使用过程中，都可能有石油的泄漏和排放。泄漏和排放进入水体（江、河、湖、海）的石油和石油制品，会在水面上形成很薄的膜，这层膜会阻止空气中的氧进入水体，而且石油的降解也要消耗大量的氧，1千克石油在15℃的海水中降解，需要41万升海水中的氧（即直径1米、深410米的海水柱中的全部氧），被油污染的水域局部缺氧，使水生植物的光合作用阻断，水生动物则因缺氧而死亡。
石油污染对海洋生物的危害最严重，海水中含石油污染物0．01～0．1毫升/升时，捕捞出的鱼有油味，其食用价值降低。在海水中石油污染物的含量为0．1毫克/升时，孵出的鱼苗畸形或有缺陷，只能存活122天。海水中石油污染物含量为0．01毫克/升时，孵出的鱼苗畸形率仍高达23％～40％（正常海水中畸形鱼的比例仅7％～10％）。里海由于遭到石油污染，鱼类赖以生存的浮游生物数量减少，致使1969年鲟鱼的产量比1962年下降了2/3，梭子鱼则几乎灭绝。英国和荷兰海岸因石油污染，每年有10～30万只海鸟死亡。美国的马萨诸塞州附近海面的一次溢油污染，使三天后在这一海域捕到的鱼95％是死的。
石油类污染物被水生生物吸收，在食物链中不再分解并在某些水生生物（如鱼和贝类）中富集，就可能进入人体，石油污染物中长效的致癌物质在人体中聚集会危及健康。
被石油污染的水域，其沿岸污浊不堪，尤其是使疗养区和旅游区失去疗养和旅游价值。
水面上的油膜，甚至会引起火灾，影响水上交通。在原苏联的伊谢特河和伏尔加河的水面都曾由于河面漂流大量石油，有人不慎将未熄灭的烟头丢到水面而引起大火。在美国的凯霍加河，也曾因为河面上有很厚的油污和脏物，引起一场高达五层楼的大火，烧坏了河上的两座铁路桥。
用被石油污染过的水灌溉农田，会使土壤中的油类增加，附着在水稻和其他农作物的体内，影响其生长。油膜覆盖农田还会使水温和地温升高，影响农作物的正常生长。黄瓜、西葫芦等蔬菜类受石油污染后，叶片卷曲，植株萎缩，生长缓慢，污染严重时，地上茎部表皮腐烂，随后植株枯黄死亡。
石油及石油制品是低毒性物质，但人体大量吸入，也会引起头疼、恶心等症状。石油污染物在人体内长时间积蓄会引起神经系统、呼吸系统、血液系统、皮肤和粘膜的损伤。