石油与天然气在纵向上的分布不同。天然气分布的深度范围远比石油的广，在较深部地层中仍有天然气的分布。目前已知油藏的最大埋深为6543m；已知气藏的最大埋深为8088m。4000m以下以凝析油气藏和气藏为主。

　　统计表明，天然气在大于3000m的深部地层中所占有的储量比石油高6.6%。目前发现的深度大于3000m的气藏仍较少，同石油相似，大部分天然气储量分布在小于3000m的深度区间内。随勘探程度的提高，深部地层天然气的储量会增加。

　　油气在纵向上产出的地层年代范围很宽。几乎所有层系都发现了油气藏，且自震旦系到第四系都有原生油气藏。如东西伯利亚勒那-通古斯盆地里菲系（相当干我国的震旦系），存在巨大的原生凝析油气藏和气藏，我国柴达木盆地第四系有大量的原生生物气藏，美国加利福尼亚文图拉盆地发现第四系的原生油藏。

　　根据许多学者对大油气田中油气原始储量的分布层位的统计，石油主要分布于中、新生界中，占92%-95%，尤以中生界占优势，占60%以上，新生界约占30％，古生界仅占5％-8%。天然气则与此不同，主要赋存在中、古生界中，占总储量的90%，其中古生界占20% -30%，新生界只占10%左右。说明天然气的赋存层位明显比石油偏下，这主要是由于有机质热演化作用的差异所造成的。

　　若以系为单位统计，则石油以中生代的白垩系储量最多，其次是第三系，再次是侏罗系，古生界中大油田仅占7%，主要分布于二叠系-泥盆系及寒武系：天然气也主要分布于白垩系中，其次是二叠系，第三系居第三位，但整个古生界拥有的储量是第三系的2-3倍。可见，白垩系是最重要的含油气层系，大约1/3以上的石油和天然气赋存于白垩系中。石油和天然气主要赋存于中新生界地层中。