Hráolía og eldsneytisolíur eru mismunandi að samsetningu og innihalda fjöldann allan af efnum, svo sem:

• Beinar eða greinóttar kolefniskeðjur (paraffín).
• Ómettuð vetniskolefnissambönd (ólefín); ólefín finnast ekki í hráolíu en verða til í olíuhreinsunarferlinu.
• Mettuð hringlaga vetniskolefni (naften).
• Ómettuð hringlaga vetniskolefnissambönd (arómatar); oft eitruð.
• Aðskotaefni s.s. brennistein og þungmálma.

Magn tiltekinna efna í hráolíu er háð uppruna olíunnar. Innihaldi hráolía mikinn brennistein er hún kölluð „súr“, en „sæt“ ef brennisteinsinnihaldið er lítið. Hráolía sem hefur hátt hlutfall langra kolefniskeðja kallast „þung“, en „létt“ ef hlutfallið er lágt. Eðlis- og efnafræðilegir eiginleikar hráolíu eru mjög misjafnir eftir uppruna olíunnar. Unnar olíuvörur hafa hins vegar oftast vel skilgreinda eiginleika óháð uppruna. Þungar olíur, sem innihalda blöndu mismunandi hlutfalls af þyngstu eimingarefnunum úr olíuhreinsiferlinu, hafa þó breytilega eiginleika. Mun meiri loftmengun myndast þegar þungar súrar olíur eru brenndar en þegar hreinni og léttari olíur eru brenndar.

Olía er óskautað efni og leysist því illa í vatni. Mikilvægir eðlisfræðilegir eiginleikar olíu eru eðlisþyngd, eimingareiginleikar, gufuþrýstingur, seigja og rennslismark.

Eðlisþyngd

Olía er alla jafna eðlisléttari en vatn og flýtur því ofan á vatni. Vatn hefur eðlisþyngdina 1 kg/l en sjór með 35‰ seltu eðlisþyngdina 1,027 kg/l. Hráolía hefur eðlisþyngd á bilinu 0,75-1,05 kg/l. Þyngsta hráolía getur því verið eðlisþyngri en sjór. Sama gildir um svartolíu, en hún hefur eðlisþyngd á bilinu 0,925-1,03 kg/l. Bensín hefur eðlisþyngd um 0,750 kg/l og gasolía um 0,865 kg/l. Auk þess að segja til um hvort olía fljóti á sjó eða ekki, gefur eðlisþyngdin vísbendingar um fleiri eiginleikar olíu. Lítil eðlisþyngd bendir til hás hlutfalls rokgjarnra efna og til lágrar seigju.

Eimingareiginleikar

Eimingareiginleikar olíu eru mælikvarði á rokgirni, þ.e. hversu auðveldlega olían gufar upp. Eimingareiginleikar eru gefnir upp sem það hlutfall hráolíutegundar sem gufar upp á ákveðnu hitastigsbili (sjá mynd 2.8). Olíur sem innihalda meira magn af þyngstu eimingarefnunum, og þá sérstaklega tjöru og paraffín, sem eimast ekki auðveldlega – jafnvel ekki við hátt hitastig – eru líklegar til að verða þrávirkar í umhverfinu.

Gufuþrýstingur

Gufuþrýstingur gefur frekari vísbendingar um rokgirni olíu. Olíur með háan gufuþrýsting hafa hátt hlutfall efnasambanda sem gufa upp við lágan hita.

Seigja

Seigja olíu er mælikvarði á viðnám olíunnar til að flæða eða renna (sjá mynd 2.8). Olíur með litla seigju (t.d. gasolía) renna betur en olíur með mikla seigju (t.d. svartolía). Seigja olíu eykst með lækkandi hitastigi.

Rennslismark

Allar olíur hætta að renna þegar seigja þeirra er orðin mikil. Þetta gerist við mismunandi hitastig fyrir mismunandi olíur og er hitastigið þar sem rennsli stöðvast skilgreint sem rennslismark olíutegundar.