石油化学是一门关于石油天然气及其产品的化学性质、组成与结构、石油加工过程中烃类和非烃类的转化反应和化学原理以及研究方法的学科。涵盖了有关石油内燃气的内容，主要内容包括：石油天燃气成因与组成、石油天然气分类、石油天然气性质、石油天然气生产、石油组分分离和组成、石油产品性质、石油化工产品性质、天然气化工产品性质、石油生产环境保护等。
石油化学是研究有关石油的化学，其中包括：油田化学、炼油工程、天然气、油气储运、油田地面工程、海洋石油、石油经济管理等。
石油是一种多组分的复杂混合物，包括烃类及非烃类。
烃类
石油中包括：
烷烃，含量随馏分沸点升高而逐渐减少。正构烷烃和异构烷烃都存在。后者主要是单取代基异构物，支链较短且大多靠近链端。
环烷烃，主要是五元和六元环烷烃的衍生物。低沸点馏分中以单环为主，中沸和高沸点馏分中还有双环和多环环烷烃。
含量随馏分沸点升高而增多，环数也增多。大多带有烷基侧链，链的长度不一。在高沸点馏分中还常并连有环状烃（环烷烃-芳香烃）。
非烃类
存在于石油中的有：
含硫化合物，是石油中主要的非烃化合物。各种原油的含硫量差异很大，少的只有万分之几，多的可达百分之几。在同一石油中硫化物含量随沸点升高而增多。硫的存在形态已确定的有：元素硫、硫醚、硫醇、噻吩及其同系物等。
含氮化合物，一般在万分之几至千分之几，主要集中在高沸点馏分及中。有碱性含氮化合物（吡啶、喹啉的同系物）和非碱性含氮化合物（吡咯、吲哚、咔唑类）。含氮化合物在石油贮存过程中易生成胶质，在加工过程中能引起。
含氧化合物，含量很少，存在形态以环烷酸为主，脂肪酸和酚的含量很少。低分子环烷酸能腐蚀金属设备。
胶状、沥青状物质，存在于高沸点馏分和渣油中，是以稠合芳环为核心，连有环烷环和烷基侧链、并有各种杂原子基团的复杂大分子化合物。其中不溶于低分子正构烷烃而溶于苯的组分称为沥青质。
金属化合物，以油溶性金属有机化合物或络合物形态存在，集中在渣油中。金属元素有镍、钒、铁、铜等，镍和钒的含量从几个ppm到几百ppm，相当部分以卟啉络合物形式存在。
分为热反应和催化反应两类。