石油的物理性质取决于化学组成。如颜色从无色、淡黄色、黄褐色、深褐色、黑绿色至黑色。我国四川黄瓜山和华北大港的油井曾产无色石油。无色石油的形成可能同和运移过程中带色的胶质和沥青质被岩石吸附有关。一般淡色石油的密度小，深色石油的密度大。密度小而颜色浅的石油常为石蜡性质的，含油质多，加工后能获得较多的汽油和润清油；密度大而颜色深的石油是富含高分子量的沥青质。地质家把流到地面的石油叫做“油苗”把冒出地面的天然气称为“气苗”。大部分油苗由于轻质成分挥发而变为沥青。最早期的油气勘探方法就是首先寻找油气苗。
粘度是石油一个重要物理特性。粘度是对流体流动性能的逆测定，用绝对动力粘度表示，单位为帕秒。石油粘度受温度、压力和石油的化学成分制约，随温度升高，石油粘度降低，所以，石油在地下深处的粘度比其在地面粘度小，且易流动。密度大颜色暗的石油则粘度大，轻质石油粘度较低。粘度影响石油流入井中及其在输油管线中的流动速度，在油田开采和石油运输方面有重要意义。荧光性是石油在紫外线照射下的发光现象，轻质油的荧光为浅蓝色，含胶质多的石油呈绿色和黄色，含沥青质多的石油为褐色，用荧光分析鉴定岩样可粗略地确定其所含石油的组分和含量。
