二战时期的石油开采技术虽然相对原始，但仍是支撑战争机器的关键环节。当时主要依赖传统钻探技术，通过地面钻机向地下深处钻孔，利用钻杆和钻头穿透岩层。钻探深度通常局限在几百米至两千米之间，受限于设备性能和地质认知，深层油藏难以触及。钻探过程中会注入钻井液冷却钻头并带出岩屑，这些岩屑是判断地层含油性的重要依据。德国在罗马尼亚普洛耶什蒂油田的开采便采用此类技术，而日本在东南亚的油田开发同样基于这一基础方法。
石油开采方式分为自喷和人工举升两种。当油层压力充足时，原油会自然涌出井口，这种高效方式多见于中东和美国部分油田。若压力不足则需借助抽油机等机械装置，俗称磕头机，通过往复运动将石油抽取至地面。二战期间盟军对德国石油设施的轰炸多针对这类显眼的地面设备。日本在印尼获取的原油因含硫量高且燃点低，需经过复杂提炼才能用于军事，但受技术限制，其航空燃油质量远低于盟军标准。
管道是陆上最稳定的输送方式，德国通过铺设地下管线将罗马尼亚石油运往本土。海上则依赖油轮，日本占领印尼后需用船只将原油运回本土精炼，但盟军潜艇战严重破坏了这条生命线。战时石油储备具有战略意义，德国在入侵波兰和法国时均优先夺取敌方储油设施，累计获得超1000万吨成品油。
合成燃料技术是二战石油工业的特殊产物。德国因天然石油匮乏，大力发展煤制油技术，通过氢化工艺将煤炭转化为液态燃料。尽管该技术转化率低且成本高昂，仍贡献了德军30%的燃油需求。日本也尝试用抚顺油页岩提炼石油，但产量微不足道。这些替代方案反映了资源短缺国家的无奈选择，其能源转化效率与天然石油存在代际差距。
石油勘探的局限性深刻影响战局走向。日本在中国东北的勘探因执着于浅层油苗理论，未能发现大庆等深层油田；德国虽掌握苏联巴库油田情报，却因战线过长未能有效控制。相反，盟军凭借美洲丰富的浅层油田和成熟开采体系，始终维持着稳定的能源供给。这种资源差距最终转化为战略优势，印证了现代战争中能源自主的重要性。
