石油焦是由渣油經過焦化工藝而制得的產品。渣油的組成很復雜。渣油與原油同樣都是由各種烴類和非烴類化合物組成的。渣油中的烴類化合物因化學結構不同，可分為烴、環烷烴、芳香烴三大類;非烴類化合物主要是樹脂質和瀝青質兩種組分。渣油中的瀝青質組分與瀝青焦有相似之處,但它含有較多氧、氮、硫。在重柴油餾分重瀝青質，脫去一個脂族基便能轉化為樹脂質。

在焦化過程中，瀝青質和樹脂質將脫去直鏈烴化物和芳香基，生成無序的和高度交鏈結構的焦炭。這種焦炭若覆蓋在芳香烴縮聚轉化的石墨微晶上，將阻礙微晶的生長。因此，用含瀝青質和樹脂質較高的渣油焦化所制的石油焦較難石墨化。樹脂質和瀝青質在高溫下會進行縮聚反應，最后可得焦炭。

渣油的焦化反應可歸納為:1、渣油中的樹脂質-瀝青質一焦炭2、渣油中的芳香烴-高分子縮聚物-樹脂質-瀝青質一焦炭3、渣油中的烷烴、環烷烴、帶長側鏈稠環烴一芳香烴-高分子縮聚物一樹脂質-瀝青質一焦炭。

石油焦根據外形和質量的不同，可分為三類，即丸狀焦或球狀焦、蜂窩狀焦和針狀焦。丸狀焦或球狀焦，呈圓球形，直徑為0.6~30mm,含有較多雜質，大部分用作燃料;蜂窩狀焦塊是由含中等樹脂質和瀝青質組分的渣油生產的石油焦,焦內有均勻的小孔，切片呈蜂窩狀結構，可用作炭素生產的原料;針狀焦外觀有明顯的纖維狀紋理，焦塊小孔均，多呈細長橢圓形，破壞時多數為長條形碎片,結構上具有較高的定向性，是一種線膨脹系數特別低的優質炭素原料。