重油
总储量 ：1~2万亿桶等效原油
随着新型工艺和方法的出现，一些非传统的资源尽管存在很多缺点，也开始逐渐变得有吸引力起来。重油就是其中的一种。无论是委内瑞拉出产的那种糖浆一样的原油，还是加拿大亚伯达省出产的那种沥青一样的油砂都属于重油。几十年来，石油行业都将重油看作是一种劣质原油—轻质原油更易于开采，而且其小分子链结构更容易进行炼制。与轻质原油相比，重油含有更多的分子，主要被用于炼制低利润的产品，例如船舶用油或者是沥青。但是新型炼制工艺的出现让重油能更容易地炼制出汽油，新式开采方法也让它能更容易地被从地下开采出来。例如，在美国加利福尼亚州贝克斯菲尔德的重油田，雪佛龙公司通过计算机控制，将蒸汽注入重油内，将其稀释以更易于抽取到地面。
亚伯达省的油砂则更有希望。石油公司将沥青状的重油与沙粒和泥土分离开来，并将其制成合成原油。即使按照传统的两吨沙子能提炼出一桶石油的比例，仅亚伯达省的油砂就能生产出超过3150亿桶原油。随着炼制成本的降低，这里的原油产量已经达到了1.5mbd，而且在2035年有望再翻两番，达到6.3mbd。
当然，重油生产也需要付出大量额外的成本。与页岩中的油原一样，重油处理同样既可以在地下、也可以在地面进行。这两种方法每生产一桶原油都需要4.5桶水，而且能量产出投入比也只有不很好的7∶1。此外由于重油中含有大量的碳，重油的碳足迹要比传统原油高20%以上—虽然不像煤炭那么差，但是同样对环境谈不上友好。
碳捕捉和封存技术在重油生产的过程中所能起的作用非常有限。由于对油砂的操作是非常混乱而无序的，因此只有很小部分的二氧化碳能够被封存。(一项研究表明，即使到2030年人们也只能捕获重油生产过程所产生二氧化碳的40%。)但是如果碳捕获技术能得到有效发展，那么重油将会成为人类需要的最后两万亿桶原油中非常重要的组成部分—至少比页岩油和煤化油的碳含量少，而且一些富含重油的国家在政治上也比今天的一些产油国更稳定。
深海石油
总储量：0.1万~0.7万亿
桶等效原油
深海石油这个词中的“深”指的是钻探平台的垂直高度，或者换句话说是钻探平台下面海水的深度。但是，对于深海石油开采来说，更重要的是海床到石油之间的深度。在海底，要向下钻探两三千米非常不容易，要比在地面上向下钻探困难得多。(目前的纪录是2009年在墨西哥湾创造的，深度约1万米。)但是现在一只前所未有的强大钻探队伍正在利用水平钻井新技术、深海机器人和“四维”地震技术(地质学家用这种技术分析石油和天然气的实时储量)，来迅速增加深海石油的产量。尽管到目前为止人类只探测了不到一半的海床，但是在过去10年中深海石油的产量已经提高了3倍，达到了5mbd，而且预计到2015年还会再增加一倍到10mbd。
但是随着去年墨西哥湾“深水地平线”灾难的发生，开采深海石油的额外成本将会大幅增加。深海油田的压力是海平面压力的2000倍以上，导致储藏的石油温度非常高(超过200摄氏度)，而且充满了腐蚀性物质(包括在水中能溶解金属的硫化氢)。而且由于将石油从海底送到海面的管道长而且沉重，导致海面上的钻井平台必须非常巨大才能确保在海面上漂浮。
在人们几十年来已经发现的深海油田中，储量最高的是巴西的“盐下油田”。在这座油田的上方覆盖着2400米厚的盐层。这厚厚的一层盐有很大益处—它吸收了周围了的热量，避免了石油分解。但是它同样也带来了不利之处—让下面的石油凝结成了果冻状，以至在将这些石油抽出来之前，技术人员必须首先注入化学物质将其稀释。
由于以上种种原因，深海石油是开采成本最高的几种石油资源之一。仅仅石油平台的价格就高达6亿美元甚至更多(如果是在北极圈内，由于平台还必须能抵抗10级冬季风暴和浮冰的冲击，这个数字还会飙升)，而钻探一口深海油井的成本也会轻易超过1亿美元。所有这些努力的结果也只能获得中等水平的能量产出投入比—从15∶1到3∶1。
尽管各个石油公司也在设法提高安全性，但是在深海石油开采方面进行的绝大多数研究和开发都是针对如何降低成本、节约能量。例如，遥控、可转向钻头让石油公司能在一个石油平台上钻探多口油井(这样可以降低成本，减少地面上的碳足迹)，并紧跟狭窄的石油存储区，极大地增加产量。(目前水平钻探的纪录是由埃克森公司在俄罗斯库页岛附近创造的，长度约11.2千米。)为了进一步降低钻探成本，石油公司还在逐渐采用更强力的钻探电机、用超硬材料制造的钻头来提高钻探效率。最终，钻头将在钻探系统中彻底消失。美国阿贡国家实验室进行的试验表明，高能激光通过加热岩石使其炸裂甚至熔化，能比传统钻头更有效地穿透岩石。
随着石油公司开发出更精确的“多通道”地震勘探技术，深海石油的开发成本还将进一步降低。这种技术能综合对比数以百万计的地震信号，避免钻探到下面空无一物的岩石。此外为了更好地测量油田里石油的储量，石油公司正在开发能承受高压高热的“孔下”传感器(类似于美国航空航天局监控火箭发动机工作状态的传感器)，这些传感器通过光纤与地面上的电脑之间进行通信。
随着数据量的增加，石油行业还将开发能更好地对数据进行分析的工具，其中既包括高压缩率算法(好莱坞的动画公司参与了这项工作)，也包括全新的计算机架构。“假如要同时处理100万个通道的数据，那么就需要海量处理能力的计算机，这是我们目前尚未具备的能力。”壳牌公司的首席地质科学家布鲁斯•瑞维尔说。为了获取这种能力，石油公司正在与英特尔、IBM和其他硬件厂商进行合作。在未来，瑞维尔说，石油公司“将依靠高性能计算机而不是钻头进行石油开采。”