石油化学是研究石油的组成、性质以及在加工成为燃料、润滑剂和石油化学品过程中的化学问题的一门学科。它和有机化学、物理化学及分析化学有密切的联系。

其领域大体包括：石油及其产品的化学组成与性质；石油中烃类和非烃类的反应，尤其是催化转化反应；石油加工过程的化学理论基础；以及合成燃料、合成润滑油、石油产品添加剂、石油化学品合成的化学原理等。

有时，将石油油田化学也包括在本学科之内。在日本，石油化学一词则相当于中国的石油化工。

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、中国海洋石油集团有限公司、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汽车和多环环烷烃。

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，以油溶性有机金属化合物或配位化合物形态存在，集中在渣油中。金属元素有、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。

• 热反应

烃类在约450℃开始即有明显的热反应(包括裂解和缩合)。在加热条件下，烷烃主要发生碳链断裂，生成碳数较少的烷烃和烯烃；环烷烃主要发生侧链断裂和环烷环开裂反应；芳烃除侧链断裂外还发生缩合反应生成稠环化合物直至焦炭（见），芳香环本身则很难开裂。

• 催化反应

烃类在各种不同催化剂作用下发生下列反应：

反应，以硅酸铝为催化剂，主要发生裂化反应。和反应，以铂、镍等金属为催化剂可使芳烃和烯烃加氢成为相应的饱和烃，也可使烷烃脱氢为烯烃或使环烷烃脱氢生成芳烃。

反应，在氯化铝等催化剂（见）作用下，可使正构烷烃转化为异构烷烃。

反应，用硫酸、氢氟酸为催化剂，可使异构烷烃与烯烃或芳烃与烯烃进行加成反应，生成较大分子的异构烷烃或烷基芳烃。

反应，各种低分子烯烃可用磷酸等催化剂（见）转化为较大分子的烯烃。

反应，在催化剂作用下可使烷烃氧化为醇类、醛类、类或羧酸类等化合物。

石油化学的研究始于20世纪初期，以美国和苏联为发源地。美国化学学会于1922年成立石油化学分会一事，可认为是石油化学学科形成的标志。美国石油学会（API）的第6号课题组自1928年开始进行的石油组成研究工作是具有开创性的。此研究工作的结果由F.D.罗西尼等整理汇编为专著《石油中的烃类》。20世纪中叶起，石油加工技术发展迅速，随之石油化学在深度和广度上均有很大进展。研究的对象从汽油、煤油、柴油、润滑油馏分进而至减压病渣油；研究的手段从一般的常规方法，更新为以现代物理分析测试为主的方法；研究的领域也从化学组成和转化反应扩展到石油化学品的合成。