Właściwości fizyczne ropy naftowej zależą od jej składu chemicznego. Na przykład kolor waha się od bezbarwnego, jasnożółtego, żółtawobrązowego, ciemnobrązowego, czarnego zielonego do czarnego. Szyby naftowe na wzgórzu ogórkowym w Syczuanie i Dagangu w północnych Chinach produkowały niegdyś bezbarwną ropę. Powstawanie bezbarwnej ropy naftowej może być związane z adsorpcją kolorowych koloidów i asfaltenów przez skały podczas migracji. Generalnie gęstość jasnego oleju jest mała, a gęstość ciemnego oleju jest duża. Olej o niskiej gęstości i jasnym kolorze jest często parafiną, o większej zawartości oleju, a po przetworzeniu można uzyskać więcej benzyny i oleju smarowego; Olej o dużej gęstości i ciemnej barwie jest bogaty w asfalten o dużej masie cząsteczkowej. Geolodzy nazywają olej spływający do gruntu"sadzonka oleista" a gaz ziemny wydobywający się z ziemi"sazonki gazu". Większość sadzonek oleistych staje się asfaltem z powodu ulatniania się lekkich składników. Najwcześniejszą metodą poszukiwania ropy i gazu jest najpierw znalezienie sadzonek ropy i gazu.
Lepkość jest ważną właściwością fizyczną ropy naftowej. Lepkość to odwrotny pomiar wydajności przepływu płynu, wyrażony w bezwzględnej lepkości dynamicznej w paskalach. Lepkość oleju jest ograniczona temperaturą, ciśnieniem i składem chemicznym oleju. Wraz ze wzrostem temperatury spada lepkość oleju. Dlatego lepkość ropy w głębokich warstwach ziemi jest mniejsza niż na ziemi i jest łatwa do płynięcia. Olej o dużej gęstości i ciemnym kolorze ma wysoką lepkość, a lekki olej ma niską lepkość. Lepkość wpływa na szybkość przepływu ropy do odwiertu i rurociągu naftowego, co ma ogromne znaczenie w eksploatacji pól naftowych i transporcie ropy. Fluorescencja to zjawisko luminescencji oleju pod wpływem promieniowania ultrafioletowego. Fluorescencja oleju jasnego jest jasnoniebieska, olej z większą ilością gumy jest zielono-żółty, a olej z większą ilością asfaltenów jest brązowy. Skład i zawartość oleju można z grubsza określić, identyfikując próbki skał za pomocą analizy fluorescencyjnej.
