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。

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、海洋石油、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。

石油中包括：

存在于石油中的有：

分为热反应和催化反应两类。

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芳烃直至焦炭（见），芳香环本身则很难开裂。

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，在三氯化铝等催化剂（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、酮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。