非烴化合物
石油中的非烴化合物是指除C、H兩種主要元素外,還含有硫或氮或氧,亦或金屬原子（主要是釩和鎳）的一大類化合物.石油中這些元素的含量不多,但含這些元素的化合物卻不少,有時(shí)可達(dá)石油重量的30%.其中又主要是含硫、氮、氧的化合物.
含硫化合物
硫是碳和氫之后的第三個(gè)重要元素,含硫的化合物也最為多見.目前石油中已鑒定出的含硫化合物將近100種,多呈硫醇、硫醚、硫化物（H2S）和噻吩（含硫的雜環(huán)化合物的形式存在,在重質(zhì)石油中含量較為豐富.
含氮化合物
石油中含氮化合物較為少見,平均含量小于0.1%.目前從石油中分離出來的含氮化合物有30多種,主要是以含氮雜環(huán)化合物形式存在.可將其分為兩組,一組為堿性化合物,有吡啶、喹啉、異喹啉、吖啶及卟啉、吲哚、咔唑及其同系物.其中以含釩和鎳的金屬卟啉化合物最為重要.
原油中的卟啉化合物首先是由特雷勃斯（C.Treibs,1934）發(fā)現(xiàn)的.包括初卟啉和脫氧玫紅初卟啉,并提出石油中的卟啉是由植物的葉綠素和動(dòng)物氯化血紅素轉(zhuǎn)化來的.這個(gè)發(fā)現(xiàn)為石油有機(jī)成因說提供了有力的證據(jù),引起了廣泛的注意和重視.目前對(duì)卟啉的研究已逐步深入并發(fā)現(xiàn)了多種類型.卟啉是以四個(gè)吡咯核為基本結(jié)構(gòu),由甲川橋聯(lián)結(jié)的含氮化合物,又稱器族化合物.在石油中卟啉常與釩、鎳等金屬元素形成絡(luò)合物,因而又稱為有機(jī)金屬化（絡(luò)）合物,其基本結(jié)構(gòu)與葉綠素結(jié)構(gòu)極為相似（圖）.
但是,并不是所有原油中都含有卟啉,有相當(dāng)一部分原油中不含或僅含痕量.一般中、新生代地層中形成的原油含卟啉較多,而古生代地層中含量甚低或不含.這可能與卟啉的穩(wěn)定性差有關(guān).在高溫（＞250℃）或氧化條件下,卟啉將發(fā)生開環(huán)裂解而破壞.
此外,原油中的卟啉類型還與沉積環(huán)境有密切關(guān)系,海相石油富含釩卟啉,而陸相石油富含鎳卟啉.
含氧化合物
石油中含氧化合物已鑒定出50多種.包括有機(jī)酸、酚和酮類化合物.其中主要是與酸官能團(tuán)-COOH有關(guān)的有機(jī)酸,有C1-24的脂肪酸,C5-10的環(huán)烷酸,C10-15的類異戊二烯酸.石油中的有機(jī)酸和酚（酸性）統(tǒng)稱石油酸,其中以環(huán)烷酸最多,占石油酸的95%,主要是五員酸和六員酸.幾乎所有石油中都含有環(huán)烷酸,但含量變化較大,在0.03-1.9%之間.環(huán)烷酸易與堿金屬作用生成環(huán)烷酸鹽,環(huán)烷酸鹽又特別易溶于水.因此地下水中環(huán)烷酸鹽的存在是找油的標(biāo)志之一.