Nekonvencionalno ulje je ulje dobiveno na način koji se razlikuje od uobičajene metode bušenja. Postoje mnoga nekonvencionalna ulja, uključujući naftni pijesak i stijene iz škriljevca, a izraz se više odnosi na način na koji se nafta ekstrahira nego na samo ulje. Što se tiče učinkovitosti, prinosa i utjecaja na okoliš, nekonvencionalno ulje nije tako dobro kao konvencionalno ulje. Konvencionalnim vađenjem nafte dobiva se sve manje nafte, pa mnoge tvrtke koje se bave bušenjem nafte traže alternativne načine za dobivanje nafte.
Kerogen je materijal koji potječe od biljaka ili životinja i promijenjen je bakterijama. Za razliku od tekućeg petroleja, koji je prošao kroz ekstremnu toplinu da bi postao konvencionalno ulje, kerogen nije prošao kroz ovaj proces. Korištenjem procesa zagrijavanja, kerogen se pretvara u tvar nalik ulju koja se može koristiti kao obična nafta. Stijena iz škriljevca, vrsta sedimentne stijene, sadrži velike količine kerogena i jedna je od metoda dobivanja nekonvencionalne nafte koja se obično naziva naftom iz škriljevca.
Bitumen, koji se zbog svoje teksture češće naziva uljni pijesak, izgleda kao ulje ili katran, ali nije ni jedno ni drugo. To je polučvrsti materijal koji sadrži degradirano ulje i sastoji se od čestica pijeska i gline. Ova metoda daje malo nekonvencionalne nafte, jer su za jednu bačvu nafte potrebne 2 tone (1,814 kilograma). Najčešći način vađenja bitumena je ubrizgavanje pare u uljni pijesak, čime se smanjuje viskoznost bitumena i olakšava njegovo sakupljanje.
Heavy oil je nekonvencionalno ulje koje je slično konvencionalnom ulju, ali mnogo teže. To je zato što su se lakši ugljikovodici koji se nalaze u konvencionalnoj nafti razgradili, ostavljajući samo tešku tvar. Za ekstrakciju teškog ulja dodaju se razrjeđivači kako bi se smanjila ukupna viskoznost kako bi se teško ulje moglo pumpati.
Termička depolimerizacija (TDP) je metoda koja oponaša prirodu i koristi različite sirovine za nekonvencionalno ulje. U TDP jedinicu se dodaju sirovine, poput naftnog koksa ili otpada. Korištenjem ekstremne topline i pritiska, sirovina se obrađuje kako bi se dobilo ulje. Prinos ulja se razlikuje ovisno o sirovini.
Dok nekonvencionalno ulje nudi različite metode dobivanja nafte, ono ima opasnosti za okoliš. Većina materijala koji se koriste u nekonvencionalnom bušenju i vađenju nafte imaju velike količine otrovnih tvari, poput sumpora. Područja odakle dolaze nekonvencionalna ulja također su općenito opasnija za radnike.