Плотность и удельный вес. Плотность нефти зависит от её химического состава и колеблется в пределах от 0,7 до 0,95 г/см³ при 20 °C. Легкие нефти имеют плотность меньше 0,85 г/см³ и содержат преимущественно углеводороды с низкой молекулярной массой (С₅–С₁₂), в то время как тяжёлые нефти содержат больше высокомолекулярных углеводородов и гетероатомных соединений, что повышает их плотность. Удельный вес нефти чаще всего измеряется в градусах API (American Petroleum Institute), где значения выше 31,1 °API соответствуют лёгкой нефти, а ниже 22,3 °API — тяжёлой.
Вязкость. Вязкость нефти характеризует её сопротивление течению. Лёгкие нефти имеют низкую вязкость (менее 10 мПа·с при 20 °C), тяжёлые нефти — высокую (до нескольких тысяч мПа·с). Вязкость зависит от содержания асфальтосмолистых компонентов, температуры и давления. При повышении температуры вязкость снижается, что облегчает транспортировку и переработку.
Температуры кипения и плавления. Нефть представляет собой смесь углеводородов с различной молекулярной массой, поэтому её кипение происходит в широком диапазоне температур. Лёгкие фракции (С₅–С₁₂) кипят при 30–200 °C, средние фракции (С₁₂–С₂₀) — при 200–350 °C, тяжёлые (С₂₀–С₅₀) — при 350–500 °C и выше. Плавление нефти как однородного вещества отсутствует; твёрдые парафины, содержащиеся в тяжёлых нефтах, кристаллизуются при низких температурах, образуя осадок.
Цвет и прозрачность. Цвет нефти варьирует от светло-жёлтого до чёрного в зависимости от содержания смол, асфальтенов и кислородсодержащих соединений. Лёгкие нефти обычно светлее, тяжёлые — тёмные. Прозрачность нефти уменьшается с увеличением концентрации смолистых и асфальтеновых компонентов.
Поверхностное натяжение и капиллярные свойства. Нефть обладает поверхностным натяжением порядка 25–35 мН/м, что ниже, чем у воды. Эти свойства влияют на процессы вытеснения нефти из пористых горных пород и на формирование капиллярного давления в нефтеносных пластах.
Углеводороды. Основу нефти составляют углеводороды: алканы (парафины), циклоалканы (нафтены), ароматические углеводороды. Их соотношение определяет тип нефти: парафинистые нефти богаты линейными и разветвлёнными алканами, нафтеновые — циклоалканами, ароматические — бензольными и полициклическими соединениями.
Гетероатомные соединения. Нефть содержит серосодержащие (тиолы, сульфиды, дисульфиды), азотсодержащие (амиды, пиридины, хинолины), кислородсодержащие (фенолы, карбоновые кислоты, кетоны) соединения. Их присутствие влияет на химическую реакционную способность нефти, коррозионную активность и склонность к образованию смол.
Металлы и примеси. В нефти встречаются следовые количества ванадия, никеля, железа, кобальта, а также соли натрия, кальция, магния. Эти компоненты способны образовывать сложные органометаллические соединения и оказывать влияние на процесс переработки и каталитический крекинг.
Зависимость плотности и вязкости от температуры. С ростом температуры плотность и вязкость нефти уменьшаются. Для тяжёлых нефтей уменьшение вязкости может достигать нескольких десятков процентов при нагреве от 20 до 100 °C, что существенно облегчает их транспортировку и подготовку к переработке.
Растворимость и взаимодействие с растворителями. Нефть хорошо растворяется в неполярных растворителях (бензин, толуол, керосин) и слабо — в полярных (вода). Растворимость отдельных фракций определяется химическим составом: парафины легко растворимы в лёгких углеводородах, асфальтены — только в ароматических растворителях.
Стабильность и окисляемость. Нефть химически стабильна при хранении и транспортировке, однако присутствие ненасыщенных и ароматических углеводородов делает её чувствительной к окислению. Воздействие кислорода, температуры и катализаторов приводит к образованию смол, осадков и увеличению вязкости.
Физико-химические свойства нефти определяют выбор методов переработки, условия каталитического крекинга, гидроочистки и переработки тяжёлых фракций. Лёгкие нефти легче поддаются фракционной перегонке и каталитическим процессам, тяжёлые требуют термической обработки, гидрокрекинга и удаления серо- и металлоорганических соединений. Вязкость, плотность и содержание смол оказывают прямое влияние на эффективность транспортировки и хранение нефти в резервуарах и трубопроводах.
Физико-химические свойства нефти формируют основу классификации нефтяных ресурсов, прогнозирования их поведения в месторождениях и оптимизации технологических процессов нефтехимии.