南海陸架新生代地層厚約2000～3000米，有的達6000～7000米。第三紀沉積有海相、陸相及海陸交互相，具有良好的生油和儲油巖系。有三角洲、生物礁、古潛山等多種儲油類型。珠江口大型沉積盆地面積約15萬平方千米，沉積厚度為幾千米，盆地中心達7500-11000米，沉積巖主要由上、下第三系組成，有良好的生油層、儲油層和成群的構造圈閉。北部灣盆地4萬多平方千米，沉積厚度為數千米，最大7000米，且生油、儲油條件好，水淺、離岸近，是油氣豐富的地區；鶯歌海盆地面積約7萬平方千米，沉積厚度達6000-7000米，主要為第三系地層，有8個二級構造和兩個礁塊帶。1977年-1980年，中國石油部門對上述3個盆地分別進行鉆探，獲得了工業油氣流；1980年開始，中國又與法國、英國、美國等合作打出若干口原油質量好、比重輕、含硫低的高產油氣井。從長遠看，南海深水石油儲油潛力比東海、黃海都要大。南海石油潛力最大的地段是中國臺灣和海南島之間的大陸架一帶；另外，越南到加里曼丹島之間的最寬陸架區，其中生代和第三紀的沉積厚度很大，已探明石油儲量為6.4億噸，天然氣儲量9800億立方米，是世界海底石油的富集區。某些國外石油專家認為，僅南沙海域的石油資源量可達418億噸，南海可能成為另一個波斯灣或北海油田。
南海天然氣資源相當豐富。在我國10個主要的沉積盆地中，以珠江口和鶯歌海盆地資源豐度最高，在我國已發現的天然氣儲量中，南海西部海域占50%。僅臨近海南島的鶯歌海盆地就探明儲氣量達2147億立方米，而整個南海至少可以找到250個油氣田，有12個可望成為大型油氣田，其中儲凄涼達968億立方米的崖13-1氣田已經投產，并向廣東和香港供氣。
1998年的統計資料顯示，南海周邊國家已在南沙海域鉆探了1000多口油氣井，找到了97個油田和含油構造，95個氣田和含氣構造，其中位于我國斷續線以內的油田28個，氣井225個；石油總產量每天達兩百多萬桶，主要開采國家為馬來西亞（每天75萬桶）、越南（35萬桶）、印度尼西亞（21萬桶）、文萊（19萬桶）、泰國（17萬桶）；天然氣產量達25100億立方英尺（馬來西亞14370億立方英尺，文萊3340億立方英尺）。
1998年，我國在南海海域的石油產量達1362萬噸（其中南海東部產量1255萬噸，南海西部107萬噸），是我國最大的海上油田。隨著開發力度的加大，南海石油產量將進一步增長。南海地區將成為我國未來的主要能源供應來源。