Химические методы разделения и идентификации компонентов нефти и газа в значительной степени утратили свое значение с развитием хроматографии и других физических и физико-химических методов. Однако в ряде специфических случаев химические методы необходимы для полного разделения нефти, особенно для выделения гетероатомных соединений и непредельных углеводородов.
Химические методы разделения основаны на различной реакционной способности компонентов в реакциях гидрирования, дегидрирования, сульфирования, изомеризации, галогенирования и т. д. Так, реакция каталитического гидрирования имеет аналитическое значение для гетероатомных соединений, которые переводят таким образом в сравнительно легко анализируемые углеводороды. Комбинирование реакции дегидрирования циклоалканов до аренов со скелетной изомеризацией пятичленных циклоалканов, которая протекает с расширением цикла, позволило дать полную характеристику различных типов циклоалканов в нефтяных фракциях.
Очистка изопрена и бутадиена от алкинов может быть осуществлена селективным гидрированием последних. Для удаления   непредельных   и   ароматических углеводородов из смесей с насыщенными углеводородами можно использовать реакцию, сульфирования.
На различии в скоростях сульфирования и гидролиза образующихся сульфокислот основан также метод разделения изомеров ксилола и этилбензол.а. Скорость сульфирования м-ксилола больше, чем других изомеров, вследствие согласованного ориентирующего влияния метильных групп в его молекуле. Скорость гидролиза м-ксилолсульфокислоты также наибольшая. Применяя ступенчатое сульфирование и ступенчатый гидролиз образующихся сульфокислот (постепенно повышая температуру и концентрацию серной кислоты), можно выделить сначала м-ксилол, а затем последовательно разделить остальные изомеры.
Для выделения алкадиеиов из смесей с алкенами и насы-щенными углеводородами можно использовать хемосорбциоиные методы, основанные на образовании комплексов с различной стабильностью между непредельными углеводородами и солями металлов переходной валентности, в частности солями меди(1) и серебра.
Интересны также микробиологические методы разделения углеводородов, в частности депарафинизация газойлевых фракций. Микроорганизмы используют в качестве питательной среды н-алкаиы, в результате получаются синтетический белок и депарафинизироваиный газойль. Предложен также микробиологический метод обессеривания нефти. Под действием некоторых микроорганизмов серосодержащие соединения превращаются в водорастворимые продукты, легко удаляемые из нефти.