石油、天然气在元素组成、结构形式以及生成的原始物质和时序等方面，有其共性、亲缘性，也有其特性、差异性。
在化学组成的特征上，天然气相对分子质量小（小于20），结构简单，H/C原子比高（4～5），碳同位素的分馏作用显著。石油的相对分子质量大（75～275），结构也较复杂，H/C原子比相对低（1.4～2.2），碳同位素的分馏作用比天然气弱。
在物理性质方面，天然气基本是只含有极少量液态烃和水的单一气相；石油则可包含气、液、固三相而以液相为表征的混合物。天然气密度比石油小，既易压缩，又易膨胀。天然气黏度约为0.01～0.2毫帕秒，而石油黏度变化较大，一般为1～100毫帕秒，相差几个数量级。天然气的扩散能力和在水中的溶解度均大于石油。
在生成的条件方面，天然气比石油宽。天然气既有有机质形成，也有深层无机形成。沉积环境以湖沼型为主，生气母质以腐殖型干酪根（Ⅲ型）为主，生成的温度区间较宽，在浅部低温下即开始生成生物气。在中等深度（温度多数为65～90℃）范围内，发生的有机质热降解作用而大量生成石油的“液态窗”阶段，也可伴之生成。在深部高温条件下，有机质裂解则又主要是生成天然气。天然气对储层的要求也比石油要宽，一般岩石的孔隙度为10%～15%，渗透率为1～5毫达西也可成藏。由于天然气的活泼性，对盖层的要求比石油严格得多。因此，天然气分布的领域要比石油广，产出的类型、储集的形式也比石油多样，既有与石油聚集形式相似的常规天然气藏，如构造气藏、地层气藏、岩性气藏等，又可形成煤层气、水封气、气水化合物以及致密砂岩气、页岩气等非常规的天然气藏。煤层既是生气源岩，又是储集体的煤层气藏，已成为很现实的开采类型。
世界上已探明的天然气储量中，约有90%都不与石油伴生，而是以纯气藏或凝析气藏的形式出现，形成含气带或含气区。这说明天然气地质与石油地质虽然有某些共同性，也有密切的联系，但天然气毕竟有它自身发生、发展、形成矿藏的地质规律。
