Chất lượng sản phẩm của lọc dầu Nghi Sơn không đáp ứng tiêu chuẩn. Theo Quyết định số 49/2011 của Thủ tướng Chính phủ về lộ trình khí thải, từ ngày 1.1.2017 sẽ áp dụng tiêu chuẩn mức 4 (tiêu chuẩn Euro 4), và sau đó là mức 5 (Euro 5) kể từ ngày 1.1.2022 cho các sản phẩm xăng dầu sử dụng trong nước. Đây là mức tiêu chuẩn khá cao so với sản phẩm của nhà máy lọc dầu Nghi Sơn, ngay từ tháng 5.2015, công ty này đã có văn bản gửi Bộ Công Thương khẳng định tiêu chuẩn thiết kế về chất lượng sản phẩm xăng dầu của nhà máy không đáp ứng đầy đủ tiêu chuẩn TCVN mức 4 và mức 5, như quy định trong Quyết định 49/2011. Báo cáo của Nhà máy lọc hóa dầu Nghi Sơn cho rằng tiêu chuẩn khi thiết kế dự án đã không đáp ứng các yêu cầu về sản phẩm nêu trên. Việc bổ sung đầu tư các phân xưởng xử lý để đáp ứng lộ trình khí thải chỉ có thể xem xét thực hiện sau năm 2021 do các cam kết về tiến độ của các hợp đồng vay vốn cho dự án. Do đó, Nghi Sơn đề nghị Chính phủ nới lỏng tiêu chuẩn sản phẩm.[14]