Delstatens guvernör Earl Ray Tomblin har deklarerat kristillstånd i området för att ge berörda myndigheter alla tillgängliga resurser de behöver.
Omkring 200 personer fick evakueras från sina hem. En person har tagits till sjukhus med rökskador, rapporterar AP.
En av vagnarna ska ha kört ner i floden Kanawha, där en del av råoljan har flutit ut. Minst 14 av vagnarna fattade eld, och orsakade eldklot som steg nära hundra meter upp i luften.
Snöoväder i området
Vid tiden för olyckan rådde en vinterstorm med kraftigt snöfall i området.
Olyckan inträffade vid 13.20 på måndagen lokal tid. Nio timmar efter olyckan brann tågen fortfarande kraftigt, säger Lawrence Messina, talesperson för den lokala räddningstjänsten till AP.
– Planen är att låta dem brinna ut helt.
Vagnen körde in i ett hus
En av de urspårade vagnarna smällde in i ett hus nära floden. Becky Nuckols blev vittne till händelsen.
– Jag trodde att det var snöplog. Allt jag hörde var en kraftig smäll, säger hon. Hon berättar att hon sprang ut och såg hur hur en man flydde springande från det demolerade huset.
David Clung berättar att han kände värmen från explosionen i sitt hus flera hundra meter upp för berget.
– Det var otäckt. Det kändes som att en atombomb gick av, säger han till AP.