南海陆架新生代地层厚约2000～3000米，有的达6000～7000米。第三纪沉积有海相、陆相及海陆交互相，具有良好的生油和储油岩系。有三角洲、生物礁、古潜山等多种储油类型。珠江口大型沉积盆地面积约15万平方千米，沉积厚度为几千米，盆地中心达7500-11000米，沉积岩主要由上、下第三系组成，有良好的生油层、储油层和成群的构造圈闭。北部湾盆地4万多平方千米，沉积厚度为数千米，最大7000米，且生油、储油条件好，水浅、离岸近，是油气丰富的地区；莺歌海盆地面积约7万平方千米，沉积厚度达6000-7000米，主要为第三系地层，有8个二级构造和两个礁块带。1977年-1980年，中国石油部门对上述3个盆地分别进行钻探，获得了工业油气流；1980年开始，中国又与法国、英国、美国等合作打出若干口原油质量好、比重轻、含硫低的高产油气井。从长远看，南海深水石油储油潜力比东海、黄海都要大。南海石油潜力最大的地段是中国台湾和海南岛之间的大陆架一带；另外，越南到加里曼丹岛之间的最宽陆架区，其中生代和第三纪的沉积厚度很大，已探明石油储量为6.4亿吨，天然气储量9800亿立方米，是世界海底石油的富集区。某些国外石油专家认为，仅南沙海域的石油资源量可达418亿吨，南海可能成为另一个波斯湾或北海油田。
南海天然气资源相当丰富。在我国10个主要的沉积盆地中，以珠江口和莺歌海盆地资源丰度最高，在我国已发现的天然气储量中，南海西部海域占50%。仅临近海南岛的莺歌海盆地就探明储气量达2147亿立方米，而整个南海至少可以找到250个油气田，有12个可望成为大型油气田，其中储凄凉达968亿立方米的崖13-1气田已经投产，并向广东和香港供气。
1998年的统计资料显示，南海周边国家已在南沙海域钻探了1000多口油气井，找到了97个油田和含油构造，95个气田和含气构造，其中位于我国断续线以内的油田28个，气井225个；石油总产量每天达两百多万桶，主要开采国家为马来西亚（每天75万桶）、越南（35万桶）、印度尼西亚（21万桶）、文莱（19万桶）、泰国（17万桶）；天然气产量达25100亿立方英尺（马来西亚14370亿立方英尺，文莱3340亿立方英尺）。
1998年，我国在南海海域的石油产量达1362万吨（其中南海东部产量1255万吨，南海西部107万吨），是我国最大的海上油田。随着开发力度的加大，南海石油产量将进一步增长。南海地区将成为我国未来的主要能源供应来源。