石油與天然氣在縱向上的分布不同。天然氣分布的深度范圍遠比石油的廣，在較深部地層中仍有天然氣的分布。目前已知油藏的最大埋深為6543m；已知氣藏的最大埋深為8088m。4000m以下以凝析油氣藏和氣藏為主。

　　統計表明，天然氣在大于3000m的深部地層中所占有的儲量比石油高6.6%。目前發現的深度大于3000m的氣藏仍較少，同石油相似，大部分天然氣儲量分布在小于3000m的深度區間內。隨勘探程度的提高，深部地層天然氣的儲量會增加。

　　油氣在縱向上產出的地層年代范圍很寬。幾乎所有層系都發現了油氣藏，且自震旦系到第四系都有原生油氣藏。如東西伯利亞勒那-通古斯盆地里菲系（相當干我國的震旦系），存在巨大的原生凝析油氣藏和氣藏，我國柴達木盆地第四系有大量的原生生物氣藏，美國加利福尼亞文圖拉盆地發現第四系的原生油藏。

　　根據許多學者對大油氣田中油氣原始儲量的分布層位的統計，石油主要分布于中、新生界中，占92%-95%，尤以中生界占優勢，占60%以上，新生界約占30％，古生界僅占5％-8%。天然氣則與此不同，主要賦存在中、古生界中，占總儲量的90%，其中古生界占20% -30%，新生界只占10%左右。說明天然氣的賦存層位明顯比石油偏下，這主要是由于有機質熱演化作用的差異所造成的。

　　若以系為單位統計，則石油以中生代的白堊系儲量最多，其次是第三系，再次是侏羅系，古生界中大油田僅占7%，主要分布于二疊系-泥盆系及寒武系：天然氣也主要分布于白堊系中，其次是二疊系，第三系居第三位，但整個古生界擁有的儲量是第三系的2-3倍。可見，白堊系是最重要的含油氣層系，大約1/3以上的石油和天然氣賦存于白堊系中。石油和天然氣主要賦存于中新生界地層中。