Põlevkivi on kerogeeni sisaldav kihiline musta või pruuni värvi settekivim, mis koosneb orgaanilisest, karbonaatsest ja silikaatsest osast.

Põlevkivi orgaanilise osa moodustab kerogeen, mis annabki sellele maavarale energiaallikana olulise väärtuse. Keemilises mõttes on kerogeen orgaaniliste ainete segu sisaldades nii lineaarseid kui aromaatseid ühendeid ning lisaks süsinikule ja vesinikule ka lämmastikku, väävlit ja hapnikku (joonis 1). Orgaaniliste ühendite sisaldus põlevkivis võib olla vahemikus 10-65%, seejuures Eesti põlevkivide – kukersiidi ja graptolliit-argilliidi (vanema nimetusega diktüoneema) kerogeenil on erinev koostis. Kukersiitse põlevkivi elementaarkoostis on:

Selle karbonaatse osa (15-70%) moodustavad peamiselt kaltsiit ja dolomiit (5-10%) ning silikaate osa (15-40%) peendisperssed osakesed suurusega 10-20 µm ja savimineraalid (silikaadid, karbonaadid, sulfiidid, sulfaadid, kloriidid). Mineraalse osa koostis omakorda võib olla järgmine:

Kukersiidi põlemisel tekkiv tuhk väljendabki selle mineraalosa: tuhka tekib keskmiselt 45 - 55% ning selle keemilise analüüsi tulemusena saab välja selgitada mineraalosa elementaarkoostise. Lisaks võivad põlevkivis esineda mõned haruldased elemendid, nagu näiteks uraan, molübdeen, vanaadium, reenium, germaanium ja berüllium.