ปิโตรเลียมเป็นของเหลวที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติในชั้นหิน ประกอบด้วยส่วนผสมที่ซับซ้อนของไฮโดรคาร์บอนที่มีน้ำหนักโมเลกุลต่างกัน รวมถึงสารประกอบอินทรีย์อื่นๆ โดยทั่วไปเป็นที่ยอมรับกันว่าน้ำมันส่วนใหญ่เกิดจากซากของแพลงก์ตอนโบราณที่มีคาร์บอนสูง หลังจากได้รับความร้อนและความดันในเปลือกโลกเป็นเวลาหลายร้อยล้านปี เมื่อเวลาผ่านไป ซากที่เน่าเปื่อยถูกปกคลุมด้วยชั้นโคลนและตะกอน จมลงไปในเปลือกโลกและถูกเก็บรักษาไว้ที่นั่นระหว่างชั้นที่ร้อนและมีความดัน ค่อยๆ เปลี่ยนไปเป็น แหล่งกัก เก็บน้ำมัน^{[ 3 ]}

มนุษย์ใช้ประโยชน์จากปิโตรเลียม ที่ยังไม่ผ่านการกลั่นมานานกว่า 5,000 ปีแล้ว โดยทั่วไปแล้วน้ำมันถูกนำมาใช้ตั้งแต่ ยุคแรกเริ่มของมนุษย์เพื่อจุดไฟและใน การ ทำสงคราม

อย่างไรก็ตามความสำคัญของน้ำมันต่อเศรษฐกิจโลก นั้นพัฒนาไปอย่างช้าๆ โดยมีการใช้ น้ำมันปลาวาฬในการให้แสงสว่างในศตวรรษที่ 19 และมีการใช้ไม้และถ่านหินในการให้ความร้อนและปรุงอาหารไปจนถึงศตวรรษที่ 20 แม้ว่าการปฏิวัติอุตสาหกรรมจะก่อให้เกิดความต้องการพลังงานที่เพิ่มขึ้น แต่ในระยะแรกความต้องการนี้ส่วนใหญ่มาจากถ่านหิน และจากแหล่งอื่นๆ รวมถึงน้ำมันปลาวาฬ อย่างไรก็ตาม เมื่อมีการค้นพบว่าสามารถสกัดน้ำมันก๊าด จาก น้ำมันดิบและนำมาใช้เป็นเชื้อเพลิงในการให้แสงสว่างและความร้อน ความต้องการปิโตรเลียมจึงเพิ่มขึ้นอย่างมาก และในช่วงต้นศตวรรษที่ 20 ก็กลายเป็นสินค้าที่มีมูลค่ามากที่สุดในการซื้อขายในตลาดโลก^{[ 4 ]}

จักรวรรดิรัสเซียผลิตน้ำมันได้ 3,500 ตันในปี 1825 และเพิ่มผลผลิตเป็นสองเท่าในช่วงกลางศตวรรษ^{[ 8 ]} หลังจากเริ่มขุดเจาะน้ำมันในภูมิภาคของ ประเทศอาเซอร์ไบจานในปัจจุบันในปี 1846 ที่เมืองบากูจักรวรรดิรัสเซียได้สร้างท่อส่งน้ำมันขนาดใหญ่สองสาย ได้แก่ ท่อส่งน้ำมันยาว 833 กิโลเมตรเพื่อขนส่งน้ำมันจากทะเลแคสเปียนไปยังท่าเรือบาตูม ใน ทะเลดำ (ท่อส่งน้ำมันบากู-บาตูม) ซึ่งสร้างเสร็จในปี 1906 และท่อส่งน้ำมันยาว 162 กิโลเมตรเพื่อขนส่งน้ำมันจากเชชเนียไปยังทะเลแคสเปียน บ่อน้ำมันแห่งแรกที่ขุดขึ้นในบากูสร้างขึ้นในปี 1871–1872 โดยอีวาน มีร์โซเยฟนัก ธุรกิจ ชาวอาร์เมเนียซึ่งได้รับการกล่าวถึงว่าเป็นหนึ่งใน 'บิดาผู้ก่อตั้ง' อุตสาหกรรมน้ำมันของบากู^{[ 9 ] [ 10 ]} 

ในช่วงต้นศตวรรษที่ 20 ผลผลิตน้ำมันของจักรวรรดิรัสเซีย ซึ่งเกือบทั้งหมดมาจากคาบสมุทรอัปเชรอนคิดเป็นครึ่งหนึ่งของผลผลิตทั่วโลกและครองตลาดระหว่างประเทศ^{[ 11 ]}โรงกลั่นขนาดเล็กเกือบ 200 แห่งดำเนินการอยู่ในชานเมืองบากูภายในปี 1884 ^{[ 12 ]}ผลข้างเคียงของการพัฒนาในช่วงแรกเหล่านี้คือ คาบสมุทรอัปเชรอนกลายเป็น "มรดกที่เก่าแก่ที่สุดของมลพิษจากน้ำมันและการละเลยสิ่งแวดล้อม" ของโลก^{[ 13 ]}ในปี 1846 บากู (ที่ตั้งถิ่นฐานบีบี-เฮย์บัต) มีบ่อน้ำมันแห่งแรกที่เจาะด้วยเครื่องมือกระแทกที่ความลึก 21 เมตรเพื่อสำรวจน้ำมัน ในปี 1878 ลุดวิก โนเบลและ บริษัท บราโนเบล ของเขา "ปฏิวัติการขนส่งน้ำมัน" โดยการว่าจ้างเรือบรรทุกน้ำมันลำ แรก และปล่อยลงสู่ทะเลแคสเปียน^{[ 11 ]}

ซามูเอล เคียร์ก่อตั้งโรงกลั่นน้ำมันแห่งแรกของอเมริกาในเมืองพิตต์สเบิร์ก บนถนนเซเว่นท์อเวนิว ใกล้กับถนนแกรนท์สตรีท ในปี 1853 อิกนาซี ลูคาซิวิชสร้างโรงกลั่นน้ำมันสมัยใหม่แห่งแรกๆ ใกล้กับเมืองจาสโล (ซึ่งขณะนั้นอยู่ในราชอาณาจักรกาลิเซียและโลโดเมเรียที่ขึ้น อยู่กับออสเตรีย ในกาลิเซียยุโรปกลาง ) ซึ่งปัจจุบันอยู่ในประเทศโปแลนด์ ในปี 1854–56 ^{[ 14 ]}โรงกลั่นในกาลิเซียในช่วงแรกมีขนาดเล็ก เนื่องจากความต้องการเชื้อเพลิงกลั่นมีจำกัด ผลิตภัณฑ์กลั่นถูกนำไปใช้ในยางมะตอยเทียม น้ำมันเครื่อง และสารหล่อลื่น นอกเหนือจากตะเกียงน้ำมันก๊าด ของลูคาซิวิช เมื่อตะเกียงน้ำมันก๊าดได้รับความนิยมมากขึ้น อุตสาหกรรมการกลั่นก็เติบโตขึ้นในพื้นที่

บ่อน้ำมันเชิงพาณิชย์แห่งแรกในแคนาดาเริ่มดำเนินการในปี 1858 ที่ออยล์สปริงส์ รัฐออนแทรีโอ (ในขณะนั้นคือแคนาดาตะวันตก ) ^{[ 15 ]}นักธุรกิจเจมส์ มิลเลอร์ วิลเลียมส์ขุดบ่อน้ำหลายแห่งระหว่างปี 1855 ถึง 1858 ก่อนที่จะค้นพบแหล่งน้ำมันที่อุดมสมบูรณ์อยู่ใต้ดินลึกสี่เมตร^{[ 16 ] [ 17 ]}วิลเลียมส์สกัดน้ำมันดิบได้ 1.5 ล้านลิตรภายในปี 1860 และกลั่นน้ำมันส่วนใหญ่ให้เป็นน้ำมันตะเกียงเคโรซีน^{[ 15 ]} นักประวัติศาสตร์บางคนตั้งข้อสงสัยเกี่ยวกับการอ้างสิทธิ์ของแคนาดาว่าเป็น แหล่งน้ำมันแห่งแรกของอเมริกาเหนือโดยโต้แย้งว่าบ่อน้ำเดรกอันโด่งดังของเพนซิลเวเนียเป็นแหล่งน้ำมันแห่งแรกของทวีป แต่มีหลักฐานสนับสนุนวิลเลียมส์ โดยเฉพาะอย่างยิ่งคือบ่อน้ำเดรกเริ่มผลิตในวันที่ 28 สิงหาคม 1859 ประเด็นที่ถกเถียงกันอาจอยู่ที่ว่าวิลเลียมส์พบน้ำมันเหนือชั้นหินแข็ง ในขณะที่บ่อน้ำของเอ็ดวิน เดรก พบน้ำมันภายในแหล่งกักเก็บ น้ำมัน ในชั้นหินแข็ง การค้นพบที่ออยล์สปริงส์จุดประกายให้เกิดการบูมน้ำมัน ซึ่งดึงดูดนักเก็งกำไรและคนงานหลายร้อยคนมายังพื้นที่ บ่อน้ำมันพุ่งแห่งแรกของแคนาดา (บ่อน้ำมันที่ไหล) ปะทุขึ้นเมื่อวันที่ 16 มกราคม พ.ศ. 2405 เมื่อจอห์น ชอว์ นักค้าน้ำมันท้องถิ่น ค้นพบน้ำมันที่ระดับความลึก 158 ฟุต (48 เมตร) ^{[ 18 ]}น้ำมันพุ่งออกมาอย่างต่อเนื่องเป็นเวลาหนึ่งสัปดาห์ โดยมีรายงานว่ามีปริมาณสูงถึง 3,000 บาร์เรลต่อวัน

การขุดเจาะน้ำมันสมัยใหม่ครั้งแรกในสหรัฐอเมริกาเริ่มต้นขึ้นในเวสต์เวอร์จิเนียและเพนซิลเวเนียในช่วงทศวรรษ 1850 บ่อน้ำมันของเอ็ดวิน เดรก ในปี 1859 ใกล้กับ ไททัสวิลล์ รัฐเพนซิลเวเนียซึ่งโดยทั่วไปถือว่า เป็น บ่อน้ำมันสมัยใหม่ที่แท้จริงแห่งแรกได้จุดประกายให้เกิดการบูมครั้งใหญ่^{[ 19 ] [ 20 ] [ 21 ]} ในช่วงไตรมาสแรกของศตวรรษที่ 20 สหรัฐอเมริกาแซงหน้ารัสเซียขึ้นเป็นผู้ผลิตน้ำมันรายใหญ่ที่สุดของโลก ในช่วงทศวรรษ 1920 แหล่งน้ำมันได้ถูกจัดตั้งขึ้นในหลายประเทศ รวมถึงแคนาดา โปแลนด์ สวีเดน ยูเครน สหรัฐอเมริกา เปรู และเวเนซุเอลา^{[ 21 ]}

เรือบรรทุกน้ำมันลำแรกที่ประสบความสำเร็จคือเรือZoroasterซึ่งสร้างขึ้นในปี พ.ศ. 2421 ในประเทศสวีเดน ออกแบบโดยLudvig Nobelโดยให้บริการจากเมืองบากูไปยังเมืองอัสตราคาน [ ^{22 ] มี}การออกแบบเรือบรรทุกน้ำมันแบบใหม่หลายลำในช่วงปี พ.ศ. 2423 ^{[ 23 ]}

ในช่วงต้นทศวรรษ 1930 บริษัทเท็กซัสได้พัฒนาเรือบรรทุกเหล็กเคลื่อนที่ลำแรกสำหรับการขุดเจาะในพื้นที่ชายฝั่งน้ำกร่อยของอ่าวเม็กซิโกในปี 1937 บริษัทเพียวออยล์ (ปัจจุบันเป็นส่วนหนึ่งของบริษัทเชฟรอน ) และบริษัทซูพีเรียออยล์ (ปัจจุบันเป็นส่วนหนึ่งของ บริษัทเอ็กซอนโมบิล ) ซึ่งเป็นพันธมิตร ได้ใช้แท่นขุดเจาะแบบอยู่กับที่เพื่อพัฒนาแหล่งน้ำมันในน้ำลึก14 ฟุต (4.3 เมตร)ห่างจากชายฝั่งของเขตคาลคาซิยู รัฐลุยเซียนา ประมาณ 1 ไมล์ (1.6 กิโลเมตร) ในช่วงต้นปี 1947 บริษัท ซูพีเรียออยล์ได้สร้าง แท่นขุดเจาะ/ผลิตน้ำมันในน้ำลึก20 ฟุต (6.1 เมตร)ห่างจาก ชายฝั่งของ เขตเวอร์มิเลียน รัฐลุยเซียนา ประมาณ 18 ไมล์ บริษัท เคอร์-แมคกีออยล์อินดัสทรีส์ ในฐานะผู้ดำเนินการแทนพันธมิตรฟิลลิปส์ปิโตรเลียม ( โคโนโคฟิลลิปส์ ) และ สแตนอลินด์ออยล์แอนด์แก๊ส ( บีพี ) ได้ ทำการขุดเจาะบ่อ น้ำมันชิปโชลบล็อก 32 เสร็จสมบูรณ์ในเดือนพฤศจิกายน 1947 หลายเดือนก่อนที่ซูพีเรียจะค้นพบแหล่งน้ำมันจากแท่นเวอร์มิเลียนของพวกเขาที่อยู่ไกลออกไปจากชายฝั่ง อย่างไรก็ตาม นั่นทำให้บ่อน้ำมัน Kerr-McGee ในอ่าวเม็กซิโก Kermac No. 16 กลายเป็นแหล่งน้ำมันแห่งแรกที่ขุดขึ้นมาโดยมองไม่เห็นแผ่นดิน^{[ 24 ] [ 25 ]}บ่อน้ำมันสำรวจในอ่าวเม็กซิโกจำนวน 44 บ่อ ค้นพบแหล่งน้ำมันและก๊าซธรรมชาติ 11 แห่งภายในสิ้นปีพ.ศ. 2492 ^{[ 26 ]}    

ในช่วงสงครามโลกครั้งที่สอง (ค.ศ. 1939–1945) การควบคุมการจัดหาน้ำมันจากโรมาเนีย บากู ตะวันออกกลาง และหมู่เกาะอินเดียตะวันออกของเนเธอร์แลนด์มีบทบาทสำคัญอย่างยิ่งต่อเหตุการณ์ในสงครามและชัยชนะในที่สุดของฝ่ายสัมพันธมิตรการรุกรานอิหร่านของอังกฤษและสหภาพโซเวียต ( ค.ศ. 1941) ทำให้ฝ่ายสัมพันธมิตรควบคุมการผลิตน้ำมันในตะวันออกกลางได้ การขยายอำนาจของจักรวรรดิญี่ปุ่นไปทางใต้มีเป้าหมายหลักเพื่อเข้าถึงแหล่งน้ำมันในหมู่เกาะอินเดียตะวันออกของเนเธอร์แลนด์ เยอรมนีถูกตัดขาดจากการขนส่งน้ำมันทางทะเลโดยการปิดล้อมของฝ่าย สัมพันธมิตร ล้มเหลวในปฏิบัติการเอเดลไวส์ในการรักษา แหล่งน้ำมัน คอเคซัสไว้สำหรับ กองทัพ ฝ่ายอักษะในปี ค.ศ. 1942 ในขณะที่โรมาเนียได้ปิดกั้นการเข้าถึง แหล่งน้ำมัน พลอยเอสตี ซึ่งเป็นแหล่งน้ำมันที่ใหญ่ที่สุดในยุโรป ของกองทัพ เยอรมันตั้งแต่เดือนสิงหาคม ค.ศ. 1944 การตัดขาดการจัดหาน้ำมันจากหมู่เกาะอินเดียตะวันออก (โดยเฉพาะอย่างยิ่งผ่านการรุกรานด้วยเรือดำน้ำ ) ทำให้ญี่ปุ่น อ่อนแอลงอย่างมาก ในช่วงท้ายของสงคราม หลังสงครามโลกครั้งที่สองสิ้นสุดลงในปี 1945 ประเทศในตะวันออกกลางได้ก้าวขึ้นมาเป็นผู้นำด้านการผลิตน้ำมัน แซงหน้าสหรัฐอเมริกา

พัฒนาการที่สำคัญนับตั้งแต่สงครามโลกครั้งที่สอง ได้แก่ การขุดเจาะน้ำลึก การนำเรือขุดเจาะมาใช้และการเติบโตของเครือข่ายการขนส่งปิโตรเลียมทั่วโลก ซึ่งอาศัยเรือบรรทุกน้ำมันและท่อส่งน้ำมัน ในปี 1949 การขุดเจาะน้ำมันนอกชายฝั่งครั้งแรกที่ออยล์ร็อกส์ (เนฟต์ ดาชลารี) ในทะเลแคสเปียน นอกชายฝั่งอาเซอร์ไบจาน ส่งผลให้เกิดการสร้างเมืองบนเสาไฟฟ้าขึ้น ในช่วงทศวรรษ 1960 และ 1970 องค์กรระหว่างประเทศของกลุ่มประเทศผู้ผลิตน้ำมัน เช่นโอเปกและโอเอเปกมีบทบาทสำคัญในการกำหนดราคาน้ำมันและนโยบาย การรั่วไหลของน้ำมันและการทำความสะอาดกลายเป็นประเด็นที่มีความสำคัญทางการเมือง สิ่งแวดล้อม และเศรษฐกิจเพิ่มมากขึ้น แหล่งผลิตไฮโดรคาร์บอนใหม่ๆ พัฒนาขึ้นในสถานที่ต่างๆ เช่น ไซบีเรียซาคาลินเวเนซุเอลาและแอฟริกาเหนือและตะวันตก

ด้วยการเกิดขึ้นของเทคนิคการแตกตัวด้วยแรงดันน้ำและ เทคนิค การเจาะแนวนอน อื่นๆ ทำให้การผลิตน้ำมันจากหินดินดานเพิ่มขึ้นอย่างมาก พื้นที่หินดินดาน เช่นแอ่งเพอร์เมียนและอีเกิล-ฟอร์ดกลายเป็นแหล่งผลิตน้ำมันขนาดใหญ่สำหรับบริษัทน้ำมันที่ใหญ่ที่สุดในสหรัฐอเมริกา^{[ 27 ]}

ในอดีต บริษัทน้ำมันถูกจัดประเภทตามยอดขายเป็น" ซูเปอร์เมเจอร์ " ( BP , Chevron , ExxonMobil , ConocoPhillips , Shell , EniและTotalEnergies ), "เมเจอร์"และ"อิสระ" หรือ "ผู้จัดหา"อย่างไรก็ตาม ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา บริษัทน้ำมันแห่งชาติ (NOC ซึ่งตรงข้ามกับ IOC บริษัทน้ำมันระหว่างประเทศ) ได้เข้ามาควบคุมสิทธิ์เหนือแหล่งสำรองน้ำมันที่ใหญ่ที่สุด โดยตามเกณฑ์นี้ บริษัท 10 อันดับแรกล้วนเป็น NOC ตารางต่อไปนี้แสดงบริษัทน้ำมันแห่งชาติที่ใหญ่ที่สุด 10 อันดับแรก จัดอันดับตามปริมาณสำรอง^{[ 29 ] [ 30 ]}และตามปริมาณการผลิตในปี 2012 ^{[ 31 ]}

10 อันดับบริษัทน้ำมันที่ใหญ่ที่สุดในโลกตามปริมาณสำรองและการผลิต

อันดับ	บริษัท (สำรอง)	ปริมาณสำรองของเหลวทั่วโลก (10 9บาร์เรล)	ปริมาณสำรองก๊าซธรรมชาติทั่วโลก (10 12 ft 3 )	ปริมาณสำรองทั้งหมดในหน่วยบาร์เรลเทียบเท่าน้ำมัน ( 10⁹บาร์เรล)		บริษัท (ฝ่ายผลิต)	ผลผลิต (ล้านบาร์เรลต่อวัน) [1]
1	ซาอุดิอารัมโค	260	254	303		ซาอุดิอารัมโค	12.5
2	นีออค	138	948	300		นีออค	6.4
3	กาตาร์เอนเนอร์จี	15	905	170		เอ็กซอนโมบิล	5.3
4	อินโนค	116	120	134		ปิโตรไชน่า	4.4
5	พีดีวีเอสเอ	99	171	129		บีพี	4.1
6	เอดีเอ็นโอซี	92	199	126		รอยัลดัตช์เชลล์	3.9
7	เพเม็กซ์	102	56	111		เพเม็กซ์	3.6
8	เอ็นเอ็นพีซี	36	184	68		เชฟรอน	3.5
9	NOC	41	50	50		บริษัท คูเวตปิโตรเลียม	3.2
10	โซนาตราค	12	159	39		เอดีเอ็นโอซี	2.9
^1 : ผลผลิตพลังงานรวมทั้งหมด รวมถึงก๊าซธรรมชาติ(แปลงเป็นบาร์เรลน้ำมัน) สำหรับบริษัทที่ผลิตทั้งสองอย่าง

งานต้นน้ำส่วนใหญ่ในแหล่งน้ำมันหรือบ่อน้ำมันจะถูกว่าจ้างให้แก่ผู้รับเหมาขุดเจาะและบริษัทบริการด้านแหล่งน้ำมัน

นอกเหนือจากบริษัทน้ำมันแห่งชาติ (NOCs) ซึ่งครองตลาดต้นน้ำแล้ว ยังมีบริษัทระหว่างประเทศอีกหลายแห่งที่มีส่วนแบ่งการตลาด ตัวอย่างเช่น: ^{[ 32 ]}

บางครั้งการดำเนินงาน ในกลางน้ำ (Midstream)ถูกจัดอยู่ในภาคปลายน้ำ (Downstream) แต่การดำเนินงานเหล่านี้เป็นภาคส่วนที่แยกต่างหากและเป็นอิสระจากอุตสาหกรรมปิโตรเลียม การดำเนินงานและกระบวนการในกลางน้ำประกอบด้วยสิ่งต่อไปนี้:

• การรวบรวม: กระบวนการรวบรวมใช้ท่อส่งแคบที่มีแรงดันต่ำเพื่อเชื่อมต่อบ่อน้ำมันและก๊าซที่ผลิตได้กับท่อส่งขนาดใหญ่หรือโรงงานแปรรูปที่มีระยะทางไกล^{[ 33 ]}
• การแปรรูป/การกลั่น: การแปรรูปและการกลั่นจะเปลี่ยนน้ำมันดิบและก๊าซให้เป็นผลิตภัณฑ์ที่สามารถจำหน่ายได้ ในกรณีของน้ำมันดิบ ผลิตภัณฑ์เหล่านี้ได้แก่น้ำมันทำความร้อนน้ำมันเบนซินสำหรับใช้ในยานพาหนะน้ำมันเชื้อเพลิงเครื่องบินและน้ำมันดีเซล^{[ 34 ]}กระบวนการกลั่นน้ำมันได้แก่ การกลั่นการกลั่นแบบสุญญากาศการปฏิรูปตัวเร่งปฏิกิริยาการแตกตัวเร่ง ปฏิกิริยา การเติมหมู่แอลคิ ล การ ไอโซเมอไรเซชันและการไฮโดรทรีตติ้ง [ ^{34 ] การ}แปรรูปก๊าซธรรมชาติได้แก่ การอัด การกำจัดน้ำด้วยไกลคอลการบำบัดด้วยอะมีน การแยกผลิตภัณฑ์ออกเป็นก๊าซธรรมชาติคุณภาพท่อส่งและกระแสของของเหลวก๊าซธรรมชาติผสม และการแยกส่วน ซึ่งแยกกระแสของของเหลวก๊าซธรรมชาติผสมออกเป็นส่วนประกอบต่างๆ กระบวนการแยกส่วนจะให้ผลผลิตเป็นอีเทนโพรเพน บิวเทนไอโซบิวเทนและน้ำมันเบนซินธรรมชาติ
• การขนส่ง: น้ำมันและก๊าซถูกขนส่งไปยังโรงงานแปรรูป และจากที่นั่นไปยังผู้ใช้ปลายทาง โดยใช้ท่อส่ง เรือบรรทุกน้ำมัน/เรือลำเลียงรถบรรทุกและทางรถไฟท่อส่งเป็นวิธีการขนส่งที่ประหยัดที่สุดและเหมาะสมที่สุดสำหรับการขนส่งในระยะทางไกล เช่น ข้ามทวีป^{[ 35 ]}เรือบรรทุกน้ำมันและเรือลำเลียงยังใช้สำหรับการขนส่งระยะไกล ซึ่งมักเป็นการขนส่งระหว่างประเทศ ทางรถไฟและรถบรรทุกสามารถใช้สำหรับการขนส่งระยะไกลได้เช่นกัน แต่คุ้มค่าที่สุดสำหรับเส้นทางที่สั้นกว่า
• การจัดเก็บ: ผู้ให้บริการด้านการขนส่งน้ำมันและก๊าซ (Midstream) จัดหาสถานที่จัดเก็บที่สถานีปลายทางตลอดระบบการกระจายน้ำมันและก๊าซ สถานที่เหล่านี้มักตั้งอยู่ใกล้โรงกลั่นและโรงงานแปรรูป และเชื่อมต่อกับระบบท่อส่งเพื่ออำนวยความสะดวกในการขนส่งเมื่อต้องตอบสนองความต้องการผลิตภัณฑ์ ในขณะที่ผลิตภัณฑ์ปิโตรเลียมถูกเก็บไว้ในถังเก็บ ก๊าซธรรมชาติมักถูกเก็บไว้ในสถานที่ใต้ดิน เช่น ถ้ำโดมเกลือและแหล่งกักเก็บที่หมดแล้ว
• การประยุกต์ใช้เทคโนโลยี: ผู้ให้บริการด้านการขนส่งและจัดจำหน่ายน้ำมันและก๊าซ (Midstream) นำเทคโนโลยีมาใช้เพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพในกระบวนการต่างๆ เทคโนโลยีสามารถนำมาใช้ในระหว่างการอัดเชื้อเพลิงเพื่อช่วยให้การไหลผ่านท่อส่งง่ายขึ้น ตรวจจับการรั่วไหลในท่อส่ง ได้ดีขึ้น และทำให้การสื่อสารเป็นไปโดยอัตโนมัติเพื่อการตรวจสอบท่อส่งและอุปกรณ์ได้ดียิ่งขึ้น

แม้ว่าบริษัทต้นน้ำบางแห่งจะดำเนินงานกลางน้ำบางส่วน แต่ภาคกลางน้ำนั้นถูกครอบงำโดยบริษัทจำนวนหนึ่งที่เชี่ยวชาญด้านบริการเหล่านี้ บริษัทกลางน้ำได้แก่:

• อ็อกซ์ ซาเบิล
• กลุ่มบริดเจอร์
• ดีซีพี มิดสตรีม พาร์ทเนอร์ส
• เอ็นบริดจ์ เอนเนอร์จี พาร์ทเนอร์ส
• พันธมิตรผลิตภัณฑ์องค์กร
• เจเนซิส เอนเนอร์จี
• กิบสัน เอนเนอร์จี
• อินเนอร์จี มิดสตรีม
• คินเดอร์ มอร์แกน เอนเนอร์จี พาร์ทเนอร์ส
• โอนอก พาร์ทเนอร์ส
• เพลนส์ ออล อเมริกัน
• ซูโนโค โลจิสติกส์
• บริการกลางน้ำของทาร์ก้า
• ของเหลวก๊าซธรรมชาติทาร์เกรย์
• ทรานส์แคนาดา
• บริษัทวิลเลียมส์
• เปโตรลิงค์

การดำเนินงานบางอย่างในอุตสาหกรรมปิโตรเลียมก่อให้เกิดมลพิษทางน้ำผ่านผลพลอยได้จากการกลั่นและการรั่วไหลของน้ำมันแม้ว่าการแตกตัวด้วยแรงดันน้ำจะทำให้การสกัดก๊าซธรรมชาติเพิ่มขึ้นอย่างมาก แต่ก็มีความเชื่อและหลักฐานบางอย่างที่สนับสนุนว่าน้ำดื่มมีการปนเปื้อนของมีเทนเพิ่มขึ้นเนื่องจากการสกัดก๊าซนี้^{[ 44 ]}การรั่วไหลจากถังใต้ดินและโรงกลั่นที่ถูกทิ้งร้างอาจปนเปื้อนน้ำใต้ดินในพื้นที่โดยรอบได้เช่นกัน ไฮโดรคาร์บอนที่ประกอบเป็นปิโตรเลียมที่กลั่นแล้วนั้นทนต่อการย่อยสลายทางชีวภาพและพบว่ายังคงอยู่ในดินที่ปนเปื้อนเป็นเวลาหลายปี^{[ 45 ]}เพื่อเร่งกระบวนการนี้การบำบัดทางชีวภาพของสารมลพิษไฮโดรคาร์บอนปิโตรเลียมมักถูกนำมาใช้โดยวิธีการย่อยสลายแบบใช้ออกซิเจน^{[ 46 ]}เมื่อไม่นานมานี้ ได้มีการสำรวจวิธีการบำบัดทางชีวภาพอื่นๆ เช่นการบำบัดด้วยพืชและการบำบัดด้วยความร้อน^{[ 47 ] [ 48 ]}

อุตสาหกรรมเป็นแหล่งปล่อยสารประกอบอินทรีย์ระเหยง่าย (VOCs) ที่ใหญ่ที่สุด ซึ่งเป็นกลุ่มสารเคมีที่ก่อให้เกิดโอโซน ระดับพื้นดิน ( หมอกควัน ) ^{[ 49 ]}การเผาไหม้เชื้อเพลิงฟอสซิลก่อให้เกิดก๊าซเรือนกระจกและมลพิษทางอากาศอื่นๆ เป็นผลพลอยได้ มลพิษเหล่านี้ได้แก่ไนโตรเจนออกไซด์ซัลเฟอร์ไดออกไซด์สารประกอบอินทรีย์ระเหยง่ายและโลหะหนัก

นักวิจัยค้นพบว่าอุตสาหกรรมปิโตรเคมีสามารถก่อให้เกิดมลพิษโอโซนระดับพื้นดินในปริมาณที่สูงกว่าในฤดูหนาวเมื่อเทียบกับฤดูร้อน^{[ 50 ]}

การปล่อย ก๊าซเรือนกระจกจากการสกัดและการกลั่นน้ำมันมีความแตกต่างกันอย่างมากในแต่ละแหล่งสะสมเนื่องจากความแตกต่างในเทคนิคการสกัด (เช่น การเผาไหม้ การระบายมีเทน และการปล่อยก๊าซที่รั่วไหล) รวมถึงลักษณะเฉพาะของน้ำมันและแหล่งกักเก็บ^{[ 51 ] [ 52 ]}

ก๊าซเรือนกระจกที่เกิดจากการผลิต การกลั่น และการเผาไหม้เชื้อเพลิงฟอสซิลเป็นสาเหตุ ของ การเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศในปี พ.ศ. 2492 ในงานสัมมนาที่จัดโดยสถาบันปิโตรเลียมแห่งอเมริกาเนื่องในโอกาสครบรอบ 100 ปีของอุตสาหกรรมน้ำมันของอเมริกานักฟิสิกส์Edward Tellerได้เตือนถึงอันตรายของการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศโลก^{[ 53 ]} Edward Teller อธิบายว่าก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ "ในชั้นบรรยากาศทำให้เกิดปรากฏการณ์เรือนกระจก " และการเผาไหม้เชื้อเพลิงฟอสซิล มากขึ้น อาจ "ทำให้ธารน้ำแข็งละลายและทำให้นิวยอร์กจมอยู่ใต้น้ำ" ^{[ 53 ]}

คณะกรรมการระหว่างรัฐบาลว่าด้วยการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศซึ่งก่อตั้งโดยองค์การสหประชาชาติในปี 1988 สรุปว่าก๊าซเรือนกระจกที่เกิดจากกิจกรรมของมนุษย์ เป็นสาเหตุหลักของการเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิที่สังเกตได้นับตั้งแต่กลางศตวรรษที่ 20

เนื่องจากความกังวลเกี่ยวกับการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศ ผู้คนจำนวนมากจึงเริ่มหันมาใช้พลังงานรูปแบบอื่น เช่น พลังงานแสงอาทิตย์และพลังงานลม การเปลี่ยนแปลงล่าสุดนี้ทำให้ผู้ที่ชื่นชอบปิโตรเลียมบางคนเกิดความสงสัยเกี่ยวกับอนาคตของอุตสาหกรรม^{[ 54 ]}