Em geologia, camada pré-sal refere-se a uma camada de rochas formadas preferencialmente por rochas carbonáticas, localizada abaixo de uma camada de sal. Entre a costa ocidental da África e a oriental da América do Sul conta um depósito de matéria orgânica que viria se acumulando ao longo de milhões de anos sob o sal prensado por pesadas lâminas, transformando-se em petróleo. Ainda, segundo os geólogos brasileiros, essa camada mais antiga de sal foi depositada durante o processo de abertura do oceano Atlântico, após a quebra do Gondwana (supercontinente, que teoricamente afundou formando a junção oceânica das placas americanas e africanas respectivamente) e suposto afastamento entre a América do Sul e a África, processo iniciado há cerca de 120 milhões de anos. As camadas mais recentes de sal foram depositadas durante a última fase de mar raso e de clima semiárido a árido.

Como a formação laminar da camada pré-sal é anterior à formação da camada mais antiga de sal, logo, essa camada, é mais profunda e de acesso mais difícil do que as reservas de petróleo situadas na camada pós-sal (acima da camada de sal). Acredita-se que os maiores reservatórios petrolíferos do pré-sal, todos praticamente inexplorados pelo homem, encontram-se no Brasil (entre as regiões nordeste e a sul), no Golfo do México e na costa ocidental africana.

No Brasil, o conjunto de campos petrolíferos do pré-sal situa-se a profundidades que variam de 1.000 a 2.000 metros de lâmina d'água e entre 4.000 e 6.000 metros de profundidade no subsolo. A profundidade total, ou seja, a distância entre a superfície do mar e os reservatórios de petróleo abaixo da camada de sal, pode chegar a 8.000 metros. O estrato do pré-sal ocupa uma faixa de aproximadamente 800 quilômetros de comprimento, ao longo do litoral brasileiro. A área, que tem recebido destaque desde a sua descoberta pela Petrobras em 2006, encontra-se no subsolo oceânico e estende-se do norte da Bacia de Campos ao sul da Bacia de Santos e desde o Alto de Vitória (Espírito Santo) até o Alto de Florianópolis (Santa Catarina). Estima-se que lá estejam guardados cerca de 80 bilhões de barris de petróleo e gás, o que deixaria o Brasil na privilegiada posição de sexto maior detentor de reservas no mundo - atrás de Arábia Saudita, Irã, Iraque, Kuwait e Emirados Árabes Unidos.