Organik malzemeler tortul kayaların altına gömüldüğünde yağ oluşur; anoksik koşullar ve yoğun basınç, petrolde kademeli bir dönüşüme neden olur. Bu işlem yüz binlerce yıl sürer.
Yağ oluşumu çeşitli faktörlerin bir kombinasyonunu gerektirir. Bilim adamları petrolü fosil yakıt olarak adlandırır çünkü tarih öncesi organizmalardan elde edilir. Bitkiler ve hayvanlar kum ve silt ile birlikte kara ve denizin altına yerleşirler. Bu kalıntılar yavaş yavaş ısı ve basınç oluşturan tortul kaya birikintileri ile kaplıdır. Bu koşullar anoksik hale gelir, bu da sistemde çözünmüş oksijen eksikliği olduğu anlamına gelir.
Isı ve basınç, önce organik maddeyi, balmumu bir malzeme olan kerojene dönüştürür. Isı ve basınç arttıkça, kerojen, maddeyi sıvı ve gaz halindeki hidrokarbonlara dönüştüren katagenez işlemine maruz kalır.
Yağın oluşması için, karışım jeologların "yağ penceresi" olarak adlandırdığı bir sıcaklığa ulaşmalıdır. Aksi halde, kerojen durumunda kalır.
Zamanla, yağ kayadaki gözeneklerden yukarı doğru ilerler. Bazıları Dünya'nın yüzeyine sızıyor, ancak çoğu engellere sıkışmış durumda. Yeraltı petrol tuzaklarına rezervuar denir. İnsanlar sondajla rezervuarlardan petrol çıkarıyor.
