Trong suốt đầu thế kỷ XX, công nghiệp dầu thô phát triển mạnh, từ đó những nỗ lực khai thác các mỏ đá phiến dầu chỉ đạt nhiều thành công khi giá đá phiến dầu trong một khu vực cụ thể giảm xuống thấp hơn giá dầu thô hoặc so với các sản phẩm thay thế khác.[57]Theo cuộc khảo sát của RAND Corporation, chi phí sản xuất một thùng dầu tại một tổ hợp chưng chất trên mặt đất ở Hoa Kỳ (bao gồm mỏ, nhà máy chưng cất, nhà máy nâng cao chất lượng, hỗ trợ vận chuyển, và hoàn thổ đá phiến sét), nằm trong khoảng 70–95 USD (440–600 USD/m3, điều chỉnh theo giá năm 2005). Giá ước lượng này có xét đến sự thay đổi cấp độ chất lượng kerogen và ảnh hưởng của quá trình chiết tách. Để vận hành có lợi nhuận, giá dầu thô cần duy trì không rớt xuống các mức như dự đoán ở trên. Việc phân tích cũng xem xét đến khả năng chi phí xử lý có thể giảm xuống sau khi xây dựng tổ hợp. Một tổ hợp theo giả thuyết có thể đạt đến việc giảm chi phí khoảng 35–70% sau khi sản xuất 500 triệu thùng dầu đầu tiên, cộng với việc tăng chi phí đầu ra 25 ngàn thùng dầu trong suốt các năm sau khi bắt đầu sản xuất thương mại, RAND dự đoán rằng chi phí sẽ giảm xuống 35–48 USD/thùng (220–300 USD/m3) trong 12 năm. Sau khi đạt mốc 1 tỷ thùng, các chi phí có thể giảm xuống còn 30–40 USD/thùng (190–250 USD/m3).[38][43]Một số nhà bình luận so sánh ngành công nghiệp đá phiến dầu Hoa Kỳ với ngành công nghiệp cát dầu Athabasca,[58] chỉ ra rằng "giai đoạn đầu tiên gặp nhiều khó khăn nhất, trong cả hai lĩnh vực kỹ thuật và kinh tế".[59][60]

Royal Dutch Shell thông báo rằng công nghệ khai thác tại hiện trường của công ty này ở Colorado có thể cạnh canh với giá trên 30 đô la một thùng (190 USD/m3), trong khi các công nghệ khác với sản lượng tối đa chỉ có lời khi giá bán không thấp hơn 20 USD một thùng (130 USD/m3).[47][61][62] Để tăng hiệu quả thu hồi từ đá phiến dầu, các nhà nghiên cứu đã đề xuất và thử nghiệm một số quá trình đồng nhiệt phân.[63][64][65][66][67]Một bài báo trong tạp chí Pétrole Informations [68] xuất bản năm 1972 so sánh sản lượng dầu từ đá phiến dầu với các sản phẩm lỏng từ than rằng các sản phẩm hóa lỏng từ than thì ít đắt hơn, tạo ra nhiều dầu hơn, và ít tác động đến môi trường hơn là chiết tách từ đá phiến dầu. Bài báo cũng nêu rằng có thể tạo 650 lít (170 galon Mỹ; 140 imp gal) dầu từ một tấn than, trong khi đó chỉ tạo ra được 150 lít (40 galon Mỹ; 33 imp gal) dầu từ 1 tấn đá phiến dầu.[27]

Do đó người ta tính toán khả năng khai thác đá phiến dầu tới hạn dựa vào tỷ số năng lượng được sản xuất bởi đá phiến dầu và năng lượng được sử dụng trong các công trình khai thác mỏ và trong các quá trình xử lý nó, tỷ số này được gọi là "Năng lượng thu hồi dựa trên năng lượng đầu tư" EROEI (Energy Returned on Energy Invested). Kết quả nghiên cứu vào năm 1984 ước tính rằng EROEI đối với các mỏ đá phiến dầu thay đổi trong khoảng 0,7–13,3[69]mặc dù số liệu từ các dự án khai thác đá phiến dầu cho thấy rằng tỷ số này dao động từ 3 đến 10. Royal Dutch Shell công bố tỷ số EROEI đạt 3 đến 4 của mỏ mà họ đã và đang khai thác tại hiện trường trong dự án Mahogany.[61][70][71] Bên cạnh đó, nước cần trong việc xử lý lọc đá phiến dầu cũng tạo ra một sức hút về kinh tế: điều này có thể là một vấn đề đối với các khu vực khan hiếm nước.