ปิโตรเลียมมีกําเนิดมาจากสิ่งที่มีชีวิตที่ดํารงชีวิตอยู่เมื่อหลายร้อยล้านปีก่อน ซึ่ง อยู่กระจัดกระจายทั่วไป ทั้งบนบก และในทะเล เมื่อสิ่งที่มีชีวิตเหล่านี้ตายลงจะเน่าเปื่อยผุพัง และย่อยสลายโดยมีบางส่วนสะสมรวมตัวอยู่กับตะกอนดินเลนในสภาพแวดล้อมที่เหมาะสม เมื่อผิวโลกเกิดการเปลี่ยนแปลงในเวลาต่อมาส่วนของชั้นตะกอนนี้จะจมตัวลงเรื่อย ๆ พร้อม ๆ กับ การเปลี่ยนแปลงสารอินทรีย์  จากกรดฟุลวิค ไปเป็นฮิวมิน เป็นคีโรเจน และเป็นปิโตรเลียมในท้ายที่สุด

หินที่มีปริมาณสารอินทรีย์ หรือคีโรเจน สะสมอยู่ในปริมาณมากพอที่สามารถจะให้ กําเนิดปิโตรเลียมได้ เรียกว่า หินต้นกําเนิด  (Source Rock) เมื่อหินต้นกําเนิดได้รับ พลังงานความร้อน และความกดดันภายใต้ชั้นหินที่จมตัวลงเรื่อย ๆ คีโรเจนจะแปรสภาพ กลายเป็นน้ำมันดิบ ซึ่งหากยังคงได้รับความร้อน และความกดดันต่อเนื่อง น้ำมันดิบจะ แตกตัวกลายเป็นก๊าซธรรมชาติ หรืออาจจะแปรสภาพกลายเป็นก๊าซเลยก็ได้ ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับ ส่วนประกอบของคีโรเจน

การสะสมตัวของปิโตรเลียม
     ปิโตรเลียมส่วนที่เป็นของเหลวและก๊าซจะไหลซึมออกมาจากชั้นหินตะกอนต้น กําเนิดไปตามช่องแตก รอยแยก และรูพรุนของชั้นหิน ไปสะสมตัวกันอยู่ใน ชั้นหินกักเก็บ  (Reservoir) ซึ่งมีองค์ประกอบหลัก 2 ประการ คือ

1. ชั้นหินที่มีรูพรุน (Porous)  เป็นที่กักเก็บของเหลวหรือก๊าซ
2. ชั้นหินที่มีความสามารถในการไหลซึมได้ (Permeable)

ในบริเวณที่มี โครงสร้างปิดกั้น (Trap)  และมีความกดดันต่ำกว่าโดยบริเวณที่มีคุณสมบัติ ทั้งหมดนี้จะรวมเรียกว่าแหล่งกักเก็บและสะสมตัวของปิโตรเลียม (Petroleum Field)

ลักษณะโครงสร้างทางธรณีวิทยาของชั้นหินใต้พื้นผิวโลกที่เหมาะสมจะเป็นแหล่งกักเก็บ และสะสมตัวของปิโตรเลียม โดยทั่วไปมักสํารวจพบในชั้นหินที่มีโครงสร้างรูปโค้งประทุนคว่า (Anticline Trap) โครงสร้างรูปรอยเลื่อนของชั้นหิน (Fault Trap) โครงสร้างรูปโดม (Domal Trap) โครงสร้างรูประดับชั้น (Stratigraphic Trap) เป็นต้น

สําหรับแหล่งปิโตรเลียมที่มีน้ำมันดิบและก๊าซธรรมชาติเกิดรวมกันส่วนที่เป็นก๊าซซึ่ง เบาจะลอยตัวอยู่ส่วนบน ส่วนน้ำซึ่งหนักกว่าก๊าซและน้ำมันดิบจะแยกตัวอยู่ส่วนล่างสุด

องค์ประกอบสําคัญที่จะก่อให้เกิดแหล่งกักเก็บและสะสมตัวของปิโตรเลียมได้ มี 3 ประการ คือ

1. ชั้นหินที่เป็นต้นกําเนิดของปิโตรเลียม (Source Rock)
2. ชั้นหินกักเก็บปิโตรเลียม (Reservior)
3. ชั้นหินซึ่งเป็นโครงสร้างปิดกั้น (Trap)

แหล่งกักเก็บและสะสมตัวของปิโตรเลียมจะเป็นแหล่งปิโตรเลียมได้ก็ต่อเมื่อมี ปริมาณปิโตรเลียมมากเพียงพอต่อการลงทุนนําขึ้นมาใช้และให้ผลตอบแทนคุ้มค่าทาง เศรษฐกิจ ดังนั้นแหล่งปิโตรเลียมหนึ่ง ๆ อาจเป็นแหล่งกักเก็บขนาดใหญ่แหล่งเดียวหรืออาจ ประกอบด้วยแหล่งกักเก็บขนาดเล็กหลาย ๆ แหล่งซึ่งอยู่ใกล้เคียงกันก็ได้