石油化工產品以煉油過程提供的原料油進一步化學加工獲得。生產石油化工產品的第一步是對原料油和氣(如丙烷、汽油、柴油等)進行裂解，裂解反應是強烈的吸熱反應，因此原料在管式爐(或蓄熱爐)中經過700～800℃甚至1000℃以上的高溫加熱，所得裂解產物通常稱為石油化工一級產品，通常稱為三烯、三苯、一炔、一萘(乙烯、丙烯、丁二烯、苯、甲苯、二甲苯、乙炔和萘)。
石油化工的一級產品再經過一系列加工則可得二級產品，如乙醇、丙酮、苯酚等二三十種重要有機原料。生產石油化工產品的第二步是以基本化工原料生產多種有機化工原料(約200種)及合成材料 (塑料、合成纖維、合成橡膠)。有機化工原料繼續加工可制得更多品種的化工產品，習慣上不屬于石油化工的范圍。
石油煉制是一個復雜的工藝，需要經過多重的常壓蒸餾和減壓蒸餾等。石油煉廠中的主要生產裝置通常有：原油蒸餾(常、減壓蒸餾)、熱裂化、催化裂化、加氫裂化、石油焦化、催化重整以及煉廠氣加工、石油產品精制等，主要生產汽油、噴氣燃料、煤油、柴油、燃料油、潤滑油、石油蠟、石油瀝青、石油焦和各種石油化工原料。
