Petrollü şeyl, kerojen adlı mumsu organik madde içeren ince taneli sedimanter bir kayaçtır. Bitümlü şist, bitümlü şeyl ve bitümlü marn olarak da adlandırılır. Bu organik kayaç ısıtıldığında petrol ve doğalgaz elde edilebilir.
Petrollü şeyl göl ortamında yaşayan algler ve çeşitli nedenlerle ortama taşınan spor-polenin inorganik materyalle çökelti oluşturması sonucu sulak alanlarda oluşur. Petrollü şeyl yataklarının kalınlaşabilmesi için ortamda bol miktarda organik madde bulunması gerekir. Organik maddelerin oksidasyona uğrayıp korunabilmesi için kısa süre içinde çamur halinde gömülmesi gerekir. Bu yüzden ortamın sakin ve görece stabil olması gerekmektedir.
Petrollü şeyl, organik ve inorganik olmak üzere iki temel kısımdan oluşur. Çökelme koşulları hakkında bilgi veren inorganik kısım (mineraller) kuvars, kil, karbonat, sülfat, zeolit gibi çeşitli minerallerin bileşiminden oluşur. Organik kısımsa (maseraller) çökelme koşullarının yanı sıra petrollü şeylin kalitesi hakkında bilgi içerir.
Petrollü şey ısıtıldığında içeriğindeki kerojen kimyasal olarak parçalanarak (piroliz) petrol, doğal gaz ve karbona dönüşür. Piroliz yaklaşık 300 °C başlar ve 480-520 °C aralığında en etkili şekilde gerçekleşir.
