O petróleo é constituído predominantemente por hidrocarbonetos saturados e uma porção menor de aromáticos, mas isso não impede que nele existam compostos heterorgânicos contendo oxigênio, nitrogênio e enxofre na molécula.
O oxigênio contribui com até 1% da análise elementar do petróleo. A parte básica do oxigênio está na resina (goma). Nas frações mais leves o oxigênio está nas carboxilas ligadas a naftenos. Esta família de ácidos recebe o nome de ácidos naftênicos. Já foram identificados nos petróleos ácidos naftênicos com até 25 carbonos. Estes ácidos são extraídos do petróleo com uma solução alcalina. Os sais destes ácidos servem como detergentes.
O nitrogênio aparece na análise elementar com até 0,3%. Ele normalmente está inserido em cadeias policíclicas.
O enxofre contribui com até 6% ou mais da análise elementar. A estrutura dos compostos que contém enxofre é muito diversa. O petróleo pode conter enxofre dissolvido ou na forma coloidal. Pode aparecer na forma de tióis, como sulfetos alifáticos, ou dentro de estruturas cíclicas como o tiofeno.
Em relação ao enxofre existe uma historia muito interessante. O processo de retirada do enxofre é conhecido como “sweetening” que significa adoçamento. Porque? No início da industrialização do petróleo, este era destilado descontinuamente em tambores resultando em três frações. A primeira, mais leve, era descartada. Este rejeito foi mais tarde selecionado para ser o combustíveis dos automóveis e hoje é conhecido como gasolina. A fração intermediária era vendida como querosene usado na iluminação de interiores. A graxa que sobrava era vendida com unguento. Os serviçais que compravam o querosene perceberam que alguns querosenes enegreciam a prataria e outros nem tanto. Logo associaram isso com o sabor. O querosene doce não enegrecia a prataria, o azedo enegrecia. O teste era bem simples e consistia em molhar o dedo e tocar na língua. A terminologia permaneceu até hoje. O petróleo rico em enxofre é azedo (sour) e o petróleo pobre em enxofre é doce (sweet).
