石油的主要成分是分子大小不同、结构各异和数量众多的碳氢化合物，包括烷烃、环烷烃和芳香烃。假如单纯从元素的含量来看，硫、氮和氧三种元素合起来在原油中也只不过占百分之几，似乎并不很多；但是假如以含有硫、氮、氧的化合物的含量来考虑，那就相当可观了，有可能占到原油的百分之几十。因此，对于原油中所含的硫、氮、氧要特别关注。与世界上大多数油田所产原油相比，中国主要油田所产原油的含硫量一般都不太高，大多不到1％，但是氮的含量相对比较高。中东地区是世界上生产原油最多的地方，这些原油的含硫量大多很高，有的竟然高达4％。除了碳、氢、硫、氮、氧以外，原油中还含有多达几十种的微量金属和非金属元素，它们的含量一般为百万分之几，有些甚至只有十亿分之几。微量元素在研究石油的成因以及在石油勘探方面有其独特的作用，但在石油炼制中却是“害群之马”，这些元素含量虽然很少，但它们往往对石油加工过程中所使用的催化剂有很大影响，甚至会使催化剂丧失活性，因此必须重视它们的存在，并设法将它们脱除。原油中含量较多和影响比较大的微量元素有镍、钒、铁、铜、钙、钠、砷等。我国原油中一般含镍比较多而含钒比较少；而国外的原油则正好相反，大多数是含镍少而含钒多。通常认为，镍与钒的质量比大于1是陆相成油的特征，而镍与钒的质量比小于1则是海相成油的特征，由此可见我国的石油大多是由陆相沉积物生成的。