天然沥青储藏在地下，有的形成矿层或在地壳表面堆积。这种沥青大都经过天然蒸发、氧化，一般已不含有任何毒素。 沥青材料分为地沥青和焦油沥青两大类。地沥青又分为天然沥青和石油沥青，天然沥青是石油渗出地表经长期暴露和蒸发后的残留物；石油沥青是将精制加工石油所残余的渣油，经适当的工艺处理后得到的产品。焦油沥青是煤、木材等有机物干馏加工所得的焦油经再加工后的产品。工程中采用的沥青绝大多数是石油沥青，石油沥青是复杂的碳氢化合物与其非金属衍生物组成的混合物。通常沥青闪点在240℃~330℃之间，燃点比闪点约高3℃~6℃，因此施工温度应控制在闪点以下。
考古研究发现，早在前1200年的古典时期的早期，人们已经开始应用天然沥青，在生产兵器和工具时用沥青作为装饰品，为雕刻物添加颜色。特别是在美索不达米亚地区，由于天然沥青的充足的蕴涵量，沥青被广泛利用。生活在那里的苏美尔人 用天然沥青覆盖在器皿和船的外面。另外，他们已经开始在粘土砖中使用天然沥青做结合剂。 这是巴比伦的一条华丽的道路的横断面示意图。烧过的砖由沥青涂抹过，zui上层的石板平放在 沥青抹面上。这种华丽的道路可以算作是现代沥青混凝土路的先驱。在那一千年的时间里，沥青的应用范围得到扩大，以至于在挨近美索不达米亚的印度和欧洲，天然沥青作为密封材料用于浴池、船、水渠、厕所和河堤。在公元前第七世纪的亚述帝国和巴比伦帝国，沥青已经在道路工程中投入使用。那时，沥青作为接缝材料和涂抹材料来装饰和加固华道。此后，沥青作为水泥一样的结合剂被用于建造中国的长城和巴比伦空中花园的密封工程。 罗马帝国时期，沥青被称为“犹太沥青”(Bitumen Iudaicum, Judenpech)。公元前100年，庞贝古城的罗马大道使用沥青填充接缝和涂抹外层。
按胶体结构解释, 随着分散介质饱和分和芳香分含量的减少, 保护物质胶质和分散相沥青质含量的增加, 沥青由溶胶结构转变为溶凝胶结构以至凝胶结构。沥青技术指标中的针入度随之减小, 软化点随之升高。而当沥青中各组分含量比例协调时, 可得到zui佳的延度。但是上述规律只适用于相同油源和相同工艺获得的沥青如表一中沥青均为大庆原油, 采用丙脱工艺获得沥青对于相同原油, 采用不同工艺, 或者不同原油相同工艺甚至不同原油和工艺获得的沥青, 它们即使具有相近的沥青组分含量但是它们的技术性质指标可以相差很大。产生这些现象的原因是由于不同油源和工艺获得的沥青, 它们的各化学组分虽然可以很接近, 但是它们各个组分的化学结构并不相同, 各组分的溶度参数不同。亦即各组分的相溶性不同, 因而形成不同的胶体结构, 所以它们的技术性质亦不相同。