石油的物理性质随其化学组成的不同而有明显的差异。不同性质的石油，对开发、集输、贮存、加工影响较大，因此其经济评价也各不相同。
1）石油的颜色 颜色与原油中含有的胶质、沥青质数量的多少有密切关系。深色原油密度大、粘度高。液性明显的原油多呈淡色，甚至无色；粘性感强的原油，大多色暗，从深棕、墨绿到黑色。我国玉门、大庆等油田的原油多呈黑褐色；新疆克拉玛依油田原油呈茶褐色；青海柴达木盆地的原油多呈淡黄色；四川、塔里木、东海等盆地的一些凝析气田所产凝析油从浅黄色到无色。
2） 石油的臭味 是由于原油中所含的不同挥发组分而引起。芳香属组分含量高的原油具有一种醚臭味。含有硫化物较高的原油则散发着强烈刺鼻的臭味。由于含硫化物较高，因此这类原油在加工时，需要增加专门的处理装置而要投入更多的资金。我国主要油田的含硫量较之中东地区原油的含硫量（高于2%）低得多，大庆油田原油含硫量不到1‰，胜利油田原油含硫量也多不超过1%。
3） 石油的密度 指在地面标准条件下，脱气原油单位体积的质量。以吨每立方米(t/m3）或克每立方厘米（g/cm3）表示。石油相对密度（以往文献曾以比重表示）是15.5℃或20℃时原油密度与4℃时水的密度的比值。国际上常用API度作为决定油价的标准。API度与相对密度的相关关系式为：API度（15.5℃）=(141.5/相对密度)-131.5，API度大，相对密度小。水的API度为10。密度大小与石油的化学组成、所含杂质数量有关。胶质、沥青质含量高,密度大,颜色深；低分子量烃含量高,密度小。不同地区、不同地层所产原油密度有较大的差别。原油按其密度可分为四类:轻质原油（密度＜0.87g/cm3）,中质原油（≥0.87～0.92g/cm3），重质原油（≥0.92～1.0g/cm3）,超重质原油（≥1.0g/cm3）。我国生产的原油密度变化也较大，大庆（多在0.8601g/cm3）、长庆（0.8437g/cm3)、青海尕斯库勒（0.8388g/cm3）等地区所产原油多属轻质原油;胜利（多数在0.8873g/cm3左右）、辽河（0.8818g/cm3）等地区所产原油多属中质原油;胜利孤岛（0.9472g/cm3）、大港羊三木（0.9492g/cm3）、辽河高升（0.9609g/cm3）、新疆乌尔禾（0.9609g/cm3）等油田所产原油则属重质原油。
4） 石油的粘度 指液体质点间移动的摩擦力，以m Pa·s表示。粘度大小决定着石油在地下、在管道中的流动性能。一般与原油的化学组成、温度和压力的变化有密切关系。通常原油中含烷烃多、颜色浅、温度高、气溶量大时，粘度变小。而压力增大粘度也随之变大。地下原油粘度比地面的原油粘度小。
根据粘度大小,将原油划分为常规油（＜100mPa·s）,稠油（≥100～＜10 000mPa·s）,特稠油（≥10 000～50 000mPa·s）和超特稠油或称沥青（ ＞50 000mPa·s）四类。
由于测定绝对粘度较烦杂,在研究中常用恩氏粘度计测定相对粘度。相对粘度指液体的绝对粘度与同温条件下水的绝对粘度比。
我国原油粘度变化范围较大。大庆白垩系原油（50℃）粘度在19～22mPa·s，任丘震旦亚界原油（50℃）为53～84mPa·s,胜利孤岛原油（50℃）为103～6451mPa·s 。
5） 石油的荧光反应 石油在紫外光照射下受激发发光，并在照射后所发光立即消失的这种荧光反应特性，普遍被用于野外工作时作为判断岩石中是否含有石油显示的重要标志。按发光颜色的不同以及分布的情况，大体可推测所显示的石油组分及其百分含量。一般油质呈天蓝色，胶质呈黄绿色，沥青质呈棕褐色。
6） 石油的旋光性 石油在偏光下，具有把偏光面向右旋转的特性。偏转度一般小于1°。旋光性是有机质所特有的一种性质，而且当加温至300℃时即消失。因此，在研究石油生成时，常以这种旋光性和在石油中发现的素（由动植物色素如叶绿素或血红素变化而成，并在温度超过200℃时被破坏)的存在作为石油有机成因的依据。
7） 石油的溶解性 石油不溶于水，但可溶于有机溶剂，如苯、香精、醚、三氯甲烷、硫化碳、四氯化碳等，也能局部溶解于酒精之中。原油又能溶解气体烃和固体烃化物以及脂膏-树脂、硫和碘等。
8） 石油的凝固点与含蜡量 凝固点系指原油从流动的液态变为不能流动的固态时的温度。这对不同温度尤其在低温地区考虑贮运条件时是非常重要的指标。根据凝固点高低,石油可分为高凝油（≥40℃）、常规油（≥-10～＜40℃）、低凝油（＜-10℃）三类。我国多数油田所产原油的凝固点，在15～30℃之间。石油含蜡量系指原油中含石蜡的百分数。石蜡在其熔点温度（37～76℃）时溶于石油中，一旦低于熔点温度，原油中就出现石蜡结晶。我国主要油田所产原油的含蜡量较高，大约在20%～30%之间。大庆萨尔图油田含量多在22.6%～24.1%，河南魏岗油田为42%～52%，江汉王场油田为2.8%～11.4%，克拉玛依油田仅7%左右。含蜡量高的原油凝固点也高。
9） 石油的燃烧特性 石油和成品油可燃程度随温度而异，表现在闪点、燃点和自燃点的差异。“闪点”指石油在容器内受热，容器口遇火则发生闪火但随之又熄灭时的温度。“燃点”指受热继续升高，遇火不但出现闪火而且引起了燃烧的温度。“自燃点”指原油在受热已达到相当高的温度，即便不接触火种也出现自燃现象的温度。石油是由具不同沸点的烃化合物组成的混合物，与水（沸点为100℃）不同，没有固定的沸点。其闪点随具不同沸点化合物的含量比例不同而各有差异。沸点越高，闪点也高。如石油产品中煤油闪点在40℃以上，柴油在50～65℃之间，重油在80～120℃，润滑油要达到300℃左右。自燃点却相反，沸点高的成品油，自燃点降低，如汽油自燃点为415～530℃，裂化残渣油自燃点约270℃，石油沥青则降至230～240℃。石油作为一种混合物，其闪点在－20～100℃之间，而自燃点则为380～530℃之间。
10） 石油的馏分组成 由于石油是由具不同沸点的烃化合物混合而成，因此通过控制不同的温度而可分别获得不同的石油产品。
