常温下高温煤焦油是黑褐色黏稠液体，具有酚和萘的特殊气味。悬浮在煤焦油中的一定数量的类似于炭黑的物质和高分子树脂是焦油带有深褐颜色的主要原因，其含量高低一般用萘或甲苯不溶物表示。煤焦油的化学组成大致有以下几个特点。
①主要是芳香族化合物，而且大多数是两个环以上的稠环芳香族化合物，烷烃、烯烃和环烷烃化合物很少。
②含氧化合物主要是呈弱酸性的酚类，还有一些中性含氧化合物，如氧茚和氧芴等。
③含氮化合物主要是具有弱碱性的吡啶和喹啉类化合物，也有吡咯类化合物，‘麥 ’和咔唑等，还有少量胺类和腈类。
④含硫化合物主要是噻吩类化合物，如噻吩和硫茚等，还有硫酚类化合物。
⑤不饱和化合物有茚和氧茚类化合物以及环戊二烯和苯乙烯等。
⑥芳香环的烷基取代基主要是甲基，同系物数量远低于起始烃类，如乙基萘<甲基萘<萘。
⑦蒸馏残渣沥青的含量很高，一般在50%以上，含有相当多的高分子量级分，其相对分子质量在2000～30000之间。
⑧焦油中还含有一些分子量大的不溶于甲苯的组分，称为甲苯不溶物(TI)。其中颗粒大小为lOO～lOOOnm的类似炭黑的组分，不溶于喹啉，称为喹啉不溶物(QI)。