หินน้ำมัน คือหินตะกอนอินทรีย์ที่หลากหลาย อยู่ในกลุ่มของเชื้อเพลิงประเภทเลนอินทรีย์ ไม่ได้มีความหมายทางธรณีวิทยาที่แน่นอนหรือมีสูตรเคมีที่เฉพาะเจาะจงหรือมีขอบเขตที่แน่นอน เนื่องจากหินน้ำมันมีความแตกต่างกันมากในเรื่องของแร่ธาตุ, องค์ประกอบทางเคมี, อายุ, ชนิดของเคโรเจน และประวัติการสะสมตัว หินน้ำมันต่างจากทรายน้ำมัน, หินที่กักเก็บปิโตรเลียมและ ถ่านหินฮิวมิก ในขณะที่ทรายน้ำมันเกิดจากกระบวนการย่อยสลายทางชีวภาพของน้ำมัน ส่วนความร้อนและความดันจะ(ยัง)ไม่แปรสภาพเคโรเจนในหินน้ำมันไปเป็นปิโตรเลียม

หินน้ำมันมีค่าร้อยละของอินทรียวัตถุต่ำกว่าถ่านหิน ส่วนประกอบของสารอินทรีย์ของหินน้ำมันมีสิ่งมีชีวิตที่หลากหลายเช่น ซากของสาหร่าย, สปอร์, เกสร,เปลือกพืช, เศษพืชล้มลุกและไม้ยืนต้น,เศษเซลล์จากพืชน้ำและพืชบนบก

นักธรณีวิทยาสามารถแบ่งประเภทของหินน้ำมันบนพื้นฐานขององค์ประกอบ โดยแบ่งเป็น หินดินดานที่อุดมด้วยคาร์บอเนต, หินดินดานที่มีซิลิกาเยอะหรือถ่านหินเนื้อแน่นและมีน้ำมัน การจำแนกประเภทอื่นหรือที่เรียกว่าแผนภาพรถตู้ของ Krevelen การกำหนดประเภทของเคโรเจนขึ้นอยู่กับปริมาณคาร์บอน ไฮโดรเจนและออกซิเจนที่อยู่ในอินทรียสาร การจำแนกประเภทจะมีการกำหนดว่าหินน้ำมันนี้มีสภาพแวดล้อมการเกิดแบบทะเลสาบหรือทะเล โดยขึ้นอยู่กับสภาพแวดล้อมของชีวมวลเริ่มต้นที่ตกสะสมตัว โดยการจัดหมวดหมู่ ได้พิสูจน์แล้วว่ามีประโยชน์ในการประมาณผลผลิตและองค์ประกอบของน้ำมันสกัด