炼焦工业和煤气工业的发展，使其副产物煤焦油充分的利用，从而发展了化学工业，尤其是染料化工获得了迅猛的发展，由于这些化工原料，无论是烃类或芳香烃类都是从煤的利用开始的，所以又把它们统称为煤碳化工。自从20世纪以来，一方面由于冶炼钢铁技术的地步，焦炭的用量相对下降，炼煤焦工业提供的芳香烃满足不了有机化工发展的需要；另一方面，由于电石产乙炔消耗的电量太大，其发展受到限制。在这种情况下，有机化工需要大量的廉价烯烃，煤焦油化工和电石化工都不能满足需要。可是在这个时期，石油已经大量作为动力燃料，世界各地发现了不少大油田，采油技术迅速提高，石油产量猛增。炼制石油除了汽油、煤油等燃料外，还有大量的不饱和烃、环烃和芳香烃等，都是极其有用的化工原料。化学工业由于应用了量大而价廉的化工原料，于是化学工业便从煤炭化工转到了石油化工。这意味着化学工业的原料基本上都来自石油和天然气。由于石油和天然气的大量的利用，推动了石油化工的迅速发展，主要包括以下一些内容。
乙烯系产品的形成。在第一次世界大战以前，德国比特菲尔德的化学工厂，用无定形氧化铝在360℃下使乙醇脱水生产乙烯。在第一次世界大战中，各交战国又创造了几种制造乙烯的方法，使生产的乙烯用来制造芥子气。1920年，美国联合碳化公司创造了将乙烷和丙烷的混合气体进行脱氢和高温裂解以制取乙烯的实验，将于1923年投入生产，建成了第一个石油化工基地。到50年代，广泛以石油和天然气为原料，用烃类裂解制取烯烃已成为制取化工原料的重要方法。然后再以乙烯为原料制取环氧乙烷、乙醛、氯乙烯、聚氯乙烯、醋酸乙烯等系列生产技术。
丙烯系产品的形成。1851年，德国化学家雷诺（Reynolds）把戊醇蒸气通过红热的玻璃管，将生成的气体冷却、分离，发现了丙烯。在石油化学工业中，相继发现了生产丙烯的多种方法。如将高级烃裂化制造汽油时，副产物是丙烯；由乙烷、丙烷和丁烷裂解制乙烯时，可以生产丙烯；用轻汽油和更重要的石油馏分裂解制乙烯时，也可以生产丙烯。近几十年来，丙烯的利用迅速发展，一系列丙烯衍生物相继投入生产。1951年，英帝国化学公司创造了丙烯直接水合法制异丙醇。1952年，美国田纳西州的伊斯特曼公司把丙烯转化成正相醛和异丁醛，并实现了工业化。这样一来，原来以电石乙炔为原料的某些重要的有机合成中间体，如丙烯腈、丙烯醛和丙烯酸酯等逐渐改用廉价的石丙烯做原料而大规模地生产。由丙烯做基本原料，创造了羰基合成醇、异丙苯、丙烯腈、丙烯酸、合成汽油等系列产品技术。
石油制芳香烃。大约到1940年，创造了两种方法可以生产较大量的芳香烃。一是应用石油催化重整可以生产苯、甲苯和二甲苯等芳香烃；二是应用烃裂解法制乙炔，副产的裂解汽油中含有接近一半的芳香烃，因此石油也成为制芳香烃的重要来源。自石油制芳香烃技术出现以后，苯在化学工业上的需求量大大增加。其主要用于三方面：生产苯乙烯，1925年美国开始生产苯乙烯，同年法本公司在德国建成一座年产500吨的苯乙烯工厂，用以制造聚苯乙烯塑料和合成橡胶；生产环己烷，作为生产耐绘的中间体；生产异丙苯，作为合成苯酚的中间体。
石油制合成气。合成气是一氧化碳和氢的混合物，用于生产合成氨及一系列有机产品。1950年，美国首先用天然气生产合成气。1962年，英帝国化学工业公司创造了轻汽油水蒸气转化法制合成气。巴斯夫公司等开发了原油部分氧化制合成气的方法，经壳牌公司改进以后，从甲烷到重质油都可作为制合成气的原料。以石油和天然气代替焦炭制合成气技术的发展，促进了合成氨、甲烷、乙醇、乙二醇、醋酸等技术的发展。
石油制乙炔。石油裂解制乙炔的方法，代替了用电石制取乙炔的方法后，促进了乙炔化学体系的发展。当美国于1951年建成第一批天然气氧化裂解装置时，一吨乙炔的成本，如以电石为100计，则天然气电弧裂解法为80，丙烷热裂解法仅为40，氧化热裂解法为55，因此以天然气和石油做原料的化工产品生产路线获得了迅速的发展。特别是三大合成材料的原料几乎全是石油化工的产物。石油化工技术体系几乎全部取代了煤化工技术体系，改变了整个化学工业的面貌。
19世纪中到20世纪初，有机化学工业逐渐变为以煤焦油为主要原料。合成染料的发现，使染料、制药工业蓬勃发展，推动了对芳香族化合物和杂环化合物的研究。20世纪30年代以后，以乙炔为原料的有机合成兴起。40年代前后，有机化学工业的原料又逐渐转变为以石油和天然气为主，发展了合成橡胶、合成塑料和合成纤维工业。由于石油资源将日趋枯竭，以煤为原料的有机化学工业必将重新发展。当然，天然的动、植物和微生物体仍是重要的研究对象。
未来有机化学的发展首先是研究能源和资源的开发利用问题。迄今我们使用的大部分能源和资源，如煤、天然气、石油、动植物和微生物，都是太阳能的化学贮存形式。今后一些学科的重要课题是更直接、更有效地利用太阳能。
对光合作用做更深入的研究和有效的利用，是植物生理学、生物化学和有机化学的共同课题。有机化学可以用光化学反应生成高能有机化合物，加以贮存；必要时则利用其逆反应，释放出能量。另一个开发资源的目标是在有机金属化合物的作用下固定二氧化碳，以产生无穷尽的有机化合物。这几方面的研究均已取得一些初步结果。
其次是研究和开发新型有机催化剂，使它们能够模拟酶的高速高效和温和的反应方式。这方面的研究已经开始，今后会有更大的发展。