是油气勘探中一种应用广泛的最重要的方法。它的原理是由人工制造强烈的震动(一般是在地下不深处的爆炸)所引起的弹性波在岩石中传播时产生的反射波或折射波，确定发生反射波或折射波的岩层界面的埋藏深度和形状，认识地下地质构造，以寻找油气圈闭。
地震勘探方法是在地面上布置一条条的测线，沿各条测线进行地震施工采集地震信息，然后经过电子计算机处理就得出一张张地震剖面图。经过地质解释的地震剖面图就象从地面向下切了一刀，在二维空间(长度和深度方向)上显示了地下的地质构造情况。
地震勘探的数据处理把记录采集到地震信息的磁带上的大量数据输入到专用的电子计算机中，按照不同的要求用一系列功能不同的程序进行处理运算，把数据进行归类编排，突出有效的，除去无效和错误的，最后把经过各种处理的数据以波形、线形的形式绘制在胶片上或静电纸上，形成一张张地震剖面。这个过程就称做数据处理。
地震勘探所说的速度即是地震波的传播速度。常用的是平均速度，它是地震波垂直穿过某一岩层界面以上各地层的总厚度与各层传播时间总和之比，可以用来把地震记录的时间转换为深度(距离)。此外，还有层速度、均方根速度、叠加速度等。
三维地震勘探
由于地震勘探的测线只提供了二维的信息，要了解一定面积内的地下情况需要把各条测线的地震剖面进行对比，找出相关的信息推断测线之间的地下情况，才能形成整体概念，这就可能产生相当大的人为误差。三维地震是在一定的面积上采用地下地震信息的方法，它可从三维空间(立体的)了解地下地质构造情况。这种方法可以提供剖面的、平面的，立体的地下地质图构造图象，大大地提高了地震勘探的精确度，对地下地质构造复杂多变的地区特别有效。
各种岩石和矿物的密度(质量)是不同，根据万有引力定律，其引力也不相同。椐此研究出重力测量仪器，测量地面上各个部位的地球引力(即重力)，排除区域性引力(重力场)的影响，就可得出局部的重力差值，发现异常区，这一方法称做重力勘探。它就是利用岩石和矿物的密度与重力场值之间的内在联系来研究地下的地质构造。
各种岩石和矿物的磁性是不同的，测定地面上各部位的磁力强弱以研究地下岩石矿物的分布和地质构造，称做磁力勘探。由于地球本身就是个大磁体，所以对磁力的预测值应进行校正，求出只与岩石矿物磁性有关的磁力异常。一般铁磁性矿物含量愈高，磁性愈强。在油气田区，由于烃类向地面渗漏而形成还原环境，可把岩石或土壤中的氧化铁还原成磁铁矿，用高精度的磁力仪可以测出这种磁异常，从而与其它勘探手段配合，发现油气田。
电法勘探的实质是利用岩石和矿物(包括其中的流体)的电阻率不同，在地面测量地下不同深度地层介质电性差异，用以研究各层地质构造的方法，对高电阻率岩层如石灰岩等效果明显。电法勘探种类较多，我国目前石油电法勘探一般用直流电测深、大地电磁测深、可控源声频大地电磁测深等方法，近期又发展了差分标定电法、大地电场岩性探测法等新方法。
根据大多数油气藏的上方都存在着烃类扩散的“蚀变晕”的特点，用化学的方法寻找这类异常区，从而发现油气田，就是油气地球化学勘探。油气地球化学勘探方法的种类比较多，常用的是土壤烃气体测量、土壤硫酸盐法、稳定碳同位素法、汞和碘测量法等，还有地下水化学法及井下地球化学勘探法。
地球物理测井简称测井，是在钻孔中使用测量电、声、热、放射性等物理性质的仪器，以辨别地下岩石和流体性质的方法，是勘探和开发油气田的重要手段。
测井系列
不同的测井仪器有不同的性能和作用，在某种地质条件和钻孔条件下，根据一定的地质或工程目的，采用多种有针对性的测井仪器组合起来进行测井，称为达到这种目的的测井系列。
电阻率测井
是在钻孔中采用布置在不同部位的供电电极和测量电极来测定岩石(包括其中的流体)电阻率的方法。通常所用的三电阻率测井系列是：深侧向、浅侧向和微侧向电阻率测井。
声速测井
声速测井是利用不同的岩石和流体对声波传播速度不同的特性进行的一种测井方法。通过在井中放置发射探头和接收探头，记录声波从发射探头经地层传播到接收探头的时间差值，所以声速测井也叫时差测井。用时差测井曲线可以求出储集层的孔隙度，相应地辨别岩性，特别是易于识别含气的储集层。
放射性测井
放射性测井即是在钻孔中测量放射性的方法，一般有两大类：中子测井与自然伽马测井。中子测井是用中子源向地层中发射连续的快中子流，这些中子与地层中的原子核碰撞而损失一部分能量，用深测器(计数器)测定这些能量用以计算地层的孔隙度并辨别其中流体性质。自然伽马测井是测量地层和流体中不稳定元素的自然放射性发出的伽马射线，用以判断岩石性质，特别是泥质和粘土岩。
井温测井
井温测井又称热测井，它可以进行地温梯度的测量；可以在产液井中寻找产液的井段，在注入井中寻找注入的井段；对热力采油井，可以通过邻井的井温测量检查注蒸汽的效果；可以评价压裂酸化施工的效果等。
地层倾角测井
地层倾角测井是在钻孔中测量地层倾斜方向和倾斜角度的方法。根据测得的数据，可以研究地质构造与沉积环境，从而追踪地下油气的分布情况。
井径测井
井径测井仪是用来测量钻孔直径的。在未下套管的井中可以测量井径不规则程度，提供下套管固井施工所需要的水泥用量参数；还可根据钻孔的不规则形态，分析判断地下岩层裂缝的发育程度和裂缝的方向。在套管受损坏的井中，可以测量套管损坏的位置和变形情况。
自然伽马射能谱测井
自然伽马能谱测井是测量地层中放射性元素铀、钍和钾40的伽马射线强度谱，从而确定它们在地层中的含量，用于分析岩石及流体性质。
声波变密度测井
补偿声波测量的是接收到的声波波列的首波达到时间，用于测定地层的声波传播速度，源距较短，其资料用来计算地层孔隙度和确定气层。全波列声波测井记录的是接收到的声波全部波列，可测定岩层的弹性模量，其源距较长，用于求解岩层强度、检查压裂效果及固井质量等，在求解地层孔隙度及判断气层方面比补偿声波更为准确。
三孔隙度测井
指补偿中子、补偿密度及补偿声波测井。
测井解释的“四性”
“四性”是指地层的岩性、储集性(孔隙度、渗透率)、含油性和物理性[3]。
