對煤焦油進行的深度加工，從而生產出更多的下游產品的工藝稱為“煤焦油深加工”。
煤焦油中有機化合物估計有一萬種以上，已被鑒定的約有五百多種。煤焦油化學組成特點是：1.主要是芳香族化合物，而且大多數是兩個環以上的稠環芳香族化合物，而烷烴、烯烴和環烷烴化合物很少；2.還有雜環的含氧、含氮和含硫化合物；3.含氧化合物如呈弱酸性的酚類以及中性的古馬隆、氧芴等；4.含氮化合物，主要包括弱堿性的吡吩、喹啉及它們的衍生物，還有吡咯類如吲哚、咔唑等；5.含硫化合物是噻吩、硫酚、硫雜茚等；6.煤焦油中各種烴的烷基化合物數量甚少，而且它們的含量隨著分子中環數增加而減少。
煤焦油深加工有以下幾種方法：
第一，脫水脫渣。先將中低溫煤焦油的輕油加溫到30-50度左右，通過脫水處理，并濾除煤灰和雜質；
第二，脫鹽。因為這里所指的鹽主要是銨鹽和酚鹽，燃油的氧化和它們有很大的關系，并且酚是有毒有害物質，在人們進行生產的時候容易引起身體的不良反應；
第三，脫除瀝青渣油。如果瀝青渣油不脫除，容易引起燃油噴嘴的堵塞和濾網的堵塞，并對管道和橡膠墊構成腐蝕。
目前有些供油商采取簡單的方法將煤焦油稀釋，盲目的供給用油單位，導致出現了很多問題。通過以上的方法使煤焦油色度、雜質、氣味得到了初步的處理，從而達到了最基本的燃料油的要求。
