海相成油说认为石油是由海相沉积中的有机质在地下分解形成的。有机质主要由海洋生物组成，少部分由搬运到海洋中的陆地生物有机质残体组成，伴有类脂化合物，蛋白质较多，干酪根以腐泥型（Ⅰ型）和过渡型（Ⅱ型）为主。它们与粉砂、淤泥、泥质碳酸盐沉积物一起沉淀于乏氧、宁静的海盆底部。海相沉积岩厚度大、横向变化小，富含有机质的海相沉积层成为生成石油的烃源岩。海相沉积盆地与陆相盆地不同，其范围较大，分割性不明显，地温梯度横向变化小。好的烃源岩通常不是发育在凹陷中心，而是受沉积相带严格控制，分布在前三角洲、边缘斜坡、欠补偿深水盆地、半闭塞海湾、蒸发潟湖等区域，以低能潮下带为主。在世界油气勘探早期阶段，地质工作者发现石油多产生在海相地层中，如美国文图拉盆地古近系、加拿大阿尔伯塔盆地白垩系等，因此海相生油说被广泛推崇。随着陆相地层中油气田的发现，“唯海相才能生油，陆相沉积难以形成大油田”的观点已不符合实际，海相和陆相沉积环境均可形成大的油气田（见陆相成油说）。