原油密度和黏度超过一定程度时称为稠油或重质油，一般认为，密度超过0．92为稠油。世界各地都有稠油分布，从地面到地下3000米深。由于稠油密度大，黏度大，流动性差，难以开采；特别是对于超重油的开采，难度更大。地下的稠油主要分布在地下1500深度以浅，通常开采地下稠油的方法是热力开采法，向地下油层注热水、或注蒸汽、或用火烧，给油层加热。重质油升温后黏度降低，易于在地层中流动。分布在地表的稠油叫油砂矿，通常用采矿的办法开采这种重质油。世界上常规石油资源大约在3000亿吨左右，但世界的稠油资源比常规石油资源更大。由于开采稠油的难度太大，稠油产量在目前世界石油产量中所占比重还很小，约为8％左右。世界上稠油储量最多的是加拿大，委内瑞拉，俄罗斯等国。
进入21世纪以来，世界上重视重质油的开发与日俱进。世界石油组织已把重质油储量列为世界留有石油可采储量之中，各国也加紧了重质油的开发进程。2006年，第一届世界重质油大会在北京召开，会议主题是“重质油——全球能源之未来”，足见各国对于发展重质油的期望。与会专家估计，世界重质油储量约1万亿吨，相当于常规石油储量的2倍。
2005年，美国科学家发明了用超声波把重质油变成轻质油的技术，超声波发出每秒900～1200万赫兹的冲击波，将重质油的长分子击碎为短分子。
加拿大是世界最早产油国之一。在20世纪30年代之前，其产油区在东部安大略省的南端，与美国的东部油气区相邻。1936年，加拿大西部发现了油田，自此西部地区成为加拿大的主要石油产区。加拿大的石油产量从1940年116万吨上升到1950年390万吨，1960年产油2600万吨，1973年产油8870万吨，1978年产油5800万吨，1991年产油7600万吨，2001年产油1．26亿吨，2004年产油1．47亿吨，为年产量最高峰，主要产自西部地区，西部占全国产油量的90％。2005年产油1．45亿吨，占世界第九位。自20世纪70年代起，加拿大在其北极地区先后发现了20多个油气田，主要分布在马更些三角洲、波弗特海以及更北的斯沃德鲁普盆地，但由于开发这些油气田的成本太高，尚且不构成重要的油气产区。
加拿大的阿萨巴斯卡油砂矿是世界最大的油砂矿，面积2万平方公里。油砂矿四分之三部分在地下250英尺厚的冰土覆盖之下，一部分出露在地表。阿萨巴斯卡的稠油储量达1000亿吨，用现有工艺推算可采储量276亿吨，这使得加拿大石油储量一跃成为世界第二位，仅低于沙特阿拉伯。阿萨巴斯卡油砂矿于1967年投入开发，采用热水把油从砂粒中冲出来，然后收集，加氢炼制，日产油10万吨。2005年，加拿大每天从油砂矿采油17万吨，每吨油成本30美元。当前，油砂矿的开采已占加拿大石油总产量的30％以上。
委内瑞拉是世界上早期重要产油国之一，也是现今世界上主要产油国。1930年产油2000万吨，1939年产油4700万吨，1950年产油7800万吨，1960年产油1．5亿吨，1970年产油1．95亿吨，达到年产量高峰。此后产量保持在1亿吨以上。1979年产油1．26亿吨，1990年产油1．15亿吨，2005年产油1．54亿吨，占世界第七位。马拉开波湖盆地是委内瑞拉最主要的产油区，全国产量的80％来自该区。委内瑞拉的奥里诺科油砂矿也是世界闻名，资源量高达1000亿吨，估计可采储量300亿吨。勘探结果若能属实，委内瑞拉将成为世界石油储量最高的国家。奥里诺科油砂先前是作为发电厂和锅炉用的燃料，现在用油砂矿来提炼石油，其石油产品向韩国、意大利出口。2000年，委内瑞拉石油公司与菲力浦公司投资10亿美元，开发奥里诺科重油带的哈马加油田，预计该油田可采石油40亿吨。
2001年，中国石油与委内瑞拉签约联合开发奥里乳化油合作协议。中国在委内瑞拉投资3亿美元，建设一个奥里乳化油工厂，年生产能力650万吨。委内瑞拉每年向中国提供至少100万吨的乳化油，作为发电燃料。2006年，该项目已建成投产。