Under avsetningen av stadig nye lag vil sedimentene bli presset sammen til faste bergarter, sand til sandstein og leire til leirskifer. Dette skjer ved et dyp på noen få hundre meter (opptil 2000 m) og ved moderate temperaturer (under 50 °C) i en prosess som kalles diagenese. Det organiske materialet gjennomgår samtidig en fortsatt biokjemisk nedbrytning hvor metan (biogen gass), CO2 og vann drives av og restproduktet er en uløselig makromolekylær forbindelse kalt kerogen. Kerogenet inneholder karbon, hydrogen, litt oksygen og mindre mengder svovel og nitrogen, vanligvis innenfor grensene 77–83 % karbon, 5–10 % hydrogen og 10–15 % oksygen.
I de store sedimentasjonsbassengene har jordskorpen sunket inn etter hvert som kilometertykke lag med sedimenter er blitt avsatt gjennom lange tidsrom. Kerogenet følger med som en integrert del av bergartene og vil etter hvert som temperaturen stiger under eventuell videre overleiring, gjennomgå modning til hydrokarboner (petroleum). Modningen skjer over lang tid (millioner år), særlig går prosessene langsomt ved lave temperaturer.
Ved dyp hvor temperaturen når 60 °C vil modningen av kerogen skyte fart. I intervallet 60–130 °C dannes det hovedsakelig olje (oljevinduet). Fra 130–180 °C dannes det gass fra kerogenet, og tidligere dannet olje omdannes til gass (gassvinduet). Disse prosessene kalles katagenese. Ved høyere temperaturer nås metagenesetrinnet, hvor alle flytende hydrokarboner er nedbrutt og gassdannelsen avtar. Ved temperaturer nær 250 °C er også all gass nedbrutt og bare en karbonrest (grafitt) er tilbake.
Dypet hvor disse temperaturene nås er avhengig av den geotermiske gradient, som vanligvis er om lag 20–40 °C/km i den øverste del av jordskorpen. I Nordsjøen er gradienten mellom 30–40 °C/km. Dette betyr at i de fleste sedimentbassenger starter oljedannelsen først når kildebergarten er begravd til om lag 2000 m.