石油焦是由渣油经过焦化工艺而制得的产品。渣油的组成很复杂。渣油与原油同样都是由各种烃类和非烃类化合物组成的。渣油中的烃类化合物因化学结构不同，可分为烃、环烷烃、芳香烃三大类;非烃类化合物主要是树脂质和沥青质两种组分。渣油中的沥青质组分与沥青焦有相似之处,但它含有较多氧、氮、硫。在重柴油馏分重沥青质，脱去一个脂族基便能转化为树脂质。

在焦化过程中，沥青质和树脂质将脱去直链烃化物和芳香基，生成无序的和高度交链结构的焦炭。这种焦炭若覆盖在芳香烃缩聚转化的石墨微晶上，将阻碍微晶的生长。因此，用含沥青质和树脂质较高的渣油焦化所制的石油焦较难石墨化。树脂质和沥青质在高温下会进行缩聚反应，最后可得焦炭。

渣油的焦化反应可归纳为:1、渣油中的树脂质-沥青质一焦炭2、渣油中的芳香烃-高分子缩聚物-树脂质-沥青质一焦炭3、渣油中的烷烃、环烷烃、带长侧链稠环烃一芳香烃-高分子缩聚物一树脂质-沥青质一焦炭。

石油焦根据外形和质量的不同，可分为三类，即丸状焦或球状焦、蜂窝状焦和针状焦。丸状焦或球状焦，呈圆球形，直径为0.6~30mm,含有较多杂质，大部分用作燃料;蜂窝状焦块是由含中等树脂质和沥青质组分的渣油生产的石油焦,焦内有均匀的小孔，切片呈蜂窝状结构，可用作炭素生产的原料;针状焦外观有明显的纤维状纹理，焦块小孔均，多呈细长椭圆形，破坏时多数为长条形碎片,结构上具有较高的定向性，是一种线膨胀系数特别低的优质炭素原料。