煤液化粗油的杂原子含量非常高。氮含量在1.0%～2.0%之间，是石油氮含量的数倍至数十倍，杂原子氮可能以咔唑、喹啉、氮杂菲、氮蒽、氮杂芘和氮杂荧蒽的形式存在，随着沸点的提高，氮含量呈增加趋势；硫含量在0.1%～2.5%之间，大部分以苯并噻吩和二苯并噻吩衍生物的形态存在。硫含量在液化油中的分布规律与氮含量的分布规律相似，随着沸点的提高，硫含量也呈增加趋势。氧含量在1.5%～7%之间，氧含量在液化油170～260℃馏分中的分布较大，说明氧元素以苯酚或萘酚及其衍生物的形式存在。
煤液化粗油中的烃类化合物的组成广泛，含有60%～70%的芳香族化合物，不饱和烃约占10%，沥青烯的含量（相对分子质量在300～1000）可达25%。
在对液化油的加氢提质中，石油化工中普遍采用的加氢和催化裂化工艺几乎可以直接应用于煤制油的提质加工，包括在石油化工中成熟的反应设备和催化剂技术。所需作出调整的是煤液化油加氢工艺前需要增加灰分、颗粒物的分离预处理，在高温加氢脱除杂原子时，操作强度远比石油的加氢强度大。