Råolja som inte flyter lätt vid rumstemperatur kallas tung råolja. Detta skiljer sig från lätt råolja, som flyter fritt vid samma temperaturer på grund av sin lägre densitet. Råolja med en gravitation från American Petroleum Institute på mindre än 20 grader klassificeras som antingen tung råolja eller extra tung råolja. Det spekuleras i att den totala mängden tung råolja i världen är mer än dubbelt så stor som den mer traditionellt använda lätta råoljan.
Avlagringar av tung råolja finns ofta nära tjärsand, eller oljesand, som är en blandning av sand, lera, vatten och extremt tät petroleum. Ibland kommer termen ”bitumen”, som är den klibbiga, halvfasta, tjärliknande formen av petroleum som finns i tjärsand, att användas omväxlande med den extra tunga råoljan som finns i sådana fyndigheter. Vissa geologer hävdar att bitumen bara är en form av extra tung råolja som är så tät att den inte flyter alls vid rumstemperatur.
Att transportera och raffinera tung råolja innebär större miljörisker än att transportera och raffinera den mer traditionella lätta råoljan. Tung olja innehåller mer kol, tillsammans med många andra föroreningar, så den frigör mer koldioxid under produktion och under användning, vilket kan påverka jordens ozonskikt negativt. Produktionsprocessen av tung olja kan generera så mycket som tre gånger den mängd koldioxid som produktionen av lätt olja genererar.
Rent ekonomiskt är tung råolja ofta lägre prissatt än lätt råolja eftersom den anses svårare och dyrare att arbeta med. Även om tung olja ofta kan hittas på mycket grundare djup än lätt olja – en egenskap som avsevärt kan minska kostnaden för utvinning – innebär produktionen av tung råolja extra kostnader. Många av de traditionella metoderna på plats för transport och utvinning av lätt råolja visar sig vara ineffektiva när man hanterar den ökade densiteten av tung råolja, vilket kräver dyra infrastrukturförändringar.
I takt med att de lättillgängliga fyndigheterna av lätt råolja minskar har produktionen av tungolja blivit vanligare. Även om det finns i mer än 30 länder, kan de största fyndigheterna hittas i Venezuela nära Orinocofloden. Dessa fyndigheter beräknas innehålla mer än 500 miljarder fat olja, vilket gör dem till de största fyndigheterna av utvinningsbar olja i världen.