Doğal gaz ve ham petrol, hem kimyasal bileşimlerinde hem de doğal hallerinde farklılık gösterir. Petrol, yeraltı rezervuarlarındaki sıvı fazında bulunurken doğal gaz, gaz halindeki gaz fazında bulunmadığı sürece -160 santigrat dereceye kadar soğutulabilir.
Hem doğal gaz hem de petrol, esas olarak hidrokarbonlar olarak bilinen karmaşık organik moleküllerden oluşur. Doğal gazın ana bileşenleri metan ve herhangi bir etan, propan ve bütan birleşimidir. Yağ kaynağı bakımından büyük ölçüde değişmektedir, ancak esas olarak naftenler, parafinler ve aromatik hidrokarbonlardan oluşmaktadır. Kalan ham petrol hacmi genellikle asfaltik olarak bilinen bir bileşik sınıfı tarafından alınır.
