Petroleums fysiske egenskaber afhænger af dets kemiske sammensætning. For eksempel spænder farven fra farveløs, lysegul, gulbrun, mørk brun, sort grøn til sort. Oliebrøndene i agurkbakken, Sichuan og Dagang, Nordkina producerede engang farveløs olie. Dannelsen af farveløs råolie kan være relateret til adsorption af farvede kolloider og asfaltener af sten under migration. Generelt er densiteten af let olie lille, og densiteten af mørk olie er stor. Olien med lav densitet og lys farve er ofte paraffin, med mere olieindhold, og mere benzin og smøreolie kan opnås efter behandling; Olien med høj densitet og mørk farve er rig på asfalten med høj molekylvægt. Geologer kalder olien, der flyder til jorden" oil seedling" og naturgassen, der kommer fra jorden" gasfrøplante" ;. De fleste olieplanter bliver asfalt på grund af fordampning af lette komponenter. Den tidligste olie- og gasudforskningsmetode er først at finde olie- og gasfrøplanter.
Viskositet er en vigtig fysisk egenskab ved olie. Viskositet er den inverse måling af væskestrømningsydelse udtrykt i absolut dynamisk viskositet i pascal. Olieviskositet er begrænset af temperatur, tryk og kemisk sammensætning af olie. Med stigningen i temperaturen falder olieviskositeten. Derfor er oliens viskositet i dybt under jorden mindre end på jorden, og det er let at flyde. Olie med høj densitet og mørk farve har høj viskositet og lys olie har lav viskositet. Viskositet påvirker strømningshastigheden af olie ind i brønden og i olierørledningen, hvilket har stor betydning for oliefeltproduktion og olietransport. Fluorescens er luminescensfænomenet olie under ultraviolet bestråling. Fluorescensen af lysolie er lyseblå, olien med mere tyggegummi er grøn og gul, og olien med mere asfalten er brun. Sammensætning og indhold af olie kan groft bestemmes ved at identificere stenprøver med fluorescensanalyse.
