石油地质学主要研究石油及其伴生物天然气、固体沥青的化学组成、物理性质和分类；石油成因与生油岩标志；储集层、盖层及生储盖组合；油气运移，包括油气初次运移和油气二次运移；圈闭和油气藏类型；油气藏的形成和保存条件。在美国和日本等国，石油地质学的内涵更广，除研究石油和天然气成因、油气藏的形成和油气在地壳中的分布规律，以及从生成、运移到富集成为油气藏的基本原理外，还包括油气田地质学、调查和勘探油气的各种地质学、地球物理学和地球化学的原理和方法，以及油气田开发的地质学原理和工艺技术等内容。油气藏的形成过程就是在各种因素的作用下，油气从分散到集中的转化过程。能否有丰富的油气聚集，并且被保存下来，主要取决于是否具备生油层、储集层、盖层、运移、圈闭和保存6项条件。其中最重要的两个条件是充足的油气来源和有效的圈闭。

石油地质学与流体力学、有机地球化学、地球物理学、构造地质学、沉积岩石学和岩相古地理学等有密切的关系。例如，这些学科的发展，以及色谱、色谱-质谱、红外光谱、电子显微镜和同位素分析等技术的广泛采用，为解决石油成因问题创造了良好的基础。　一些重要的油气藏与河道砂、三角洲砂、沉积砂和礁密切相关。而这些类型的砂体和礁的分布受沉积体系的控制，因此，只有通过研究沉积岩石学和岩相古地理才能确定储集岩分布的有利地带。　石油地质学与构造地质学关系十分密切。油气的运移和聚集受盆地区域构造和局部构造条件的控制，要想成功地找到与背斜构造、断裂构造，以及不整合面有关的油气田和油气聚集带，就必须深入掌握有关构造地质学的知识。