地热地球物理勘探是研究地热田及其外围地区地球物理场特征，以及在地热资源普查勘探中，应用地球物理勘查技术，经济而有效地寻找地热资源的一种勘查技术。其主要研究内容包括：①研究地热场、电场、磁场、重力场等地球物理场特征及其与地热异常的成因联系，并根据地热田地质条件和地热资源类型，优选1～2种或多种适用于地热普查勘探的地球物理勘查技术，如地温或热流测量、电阻率测量、重力测量、航磁测量、大地电磁测深（MT）、声频大地电磁测深（AMT），以及人工地震、微动测深等，以求获得最佳效果。②根据地热地球物理探测数据处理结果，圈定地热异常分布范围。查明热储的渗透性，并确定其形态特征和赋存部位。查明断裂构造或破碎带的空间展布及其控水控热规律，确定深部可能存在的局部熔融体的埋深以及地热蚀变带的分布等。③将已有地球物理勘查成果与地质、地球化学等成果进行对比研究，综合分析，综合解释，为确定地热钻井的最佳井位提供可靠依据，以最大限度地减少钻探风险。
地球物理勘查工作是间接探测方法，信息解译有多解性。开展工作时应设计出合理的方法组合，尽量用较小的投入获取较多的地热地质信息，以便去粗取精，去伪存真。例如，应先在较大范围内采用氡气测量，初步圈定构造断裂的大概位置，再有针对性地布置部分人工地震探测剖面，以便较准确判定断裂展布、产状和地层结构，开展少量音频大地电磁测深点判定富水情况，最后选择布井有利部位。
1.重力测量（重力勘探）
重力测量是利用组成地壳的各种岩体、矿体间的密度差异所引起的地表的重力加速度值的变化而进行地质勘探的一种方法。它是以牛顿万有引力定律为基础的，只要勘探地质体与其周围岩体有一定的密度差异，就可以用精密的重力测量仪器（主要为重力仪和扭秤）找出重力异常。然后，结合工作地区的地质和其他物探资料，对重力异常进行定性解释和定量解释，便可以推断覆盖层以下密度不同的矿体与岩层埋藏情况，进而找出隐伏矿体存在的位置和地质构造情况。
地下热水研究中的重力勘探是结合其他地质和物探工作，根据重力值的变化来研究地下热水区基底起伏变化及区域性的断裂构造的空间展布，以便为分析地下热水提供依据。因地热田与构造密切相关，可利用区域重磁异常确定大地构造，再利用中、大比例尺的重磁资料确定地热成井的具体位置。在条件好的地区，也可以用重力成果确定覆盖层厚度等。
2.电法勘探
电法勘探是地球物理勘探中用来寻找储热断裂构造及推断地热异常的延展方向和分布范围的较为简单和有效的方法之一。它主要是用来测量深部导电率的。因为地层中的冷水和热水、冷岩石和热岩石之间电性差异很大，而地层中的热水，一般还富有溶解离子，加之温度又高，所以它们都具有较小的电阻率的特点。另外岩石受热水的变质作用而粘土化时，也具有电阻率低的特点。因此，用电法所测得的电阻率低的部分，往往对应于储热层。
音频大地电场测量是利用频率在音频范围内的天然大地电场作为场源，在地面上沿一定的剖面逐点测量电场强度的水平分量，从电场强度的变化可以看出，这种变化基本能反映出岩石电阻率的变化。由于电场强度的变化间接反映出地层电阻率的变化，通过研究这种电阻率的变化，就可以达到了解浅层地质构造的目的。研究表明，某一地层电阻率的大小除了与岩石的各种成分有关，还与构造的裂隙和岩石的破碎情况有关。地质构造活动使完整的岩层遭到破坏，在构造的裂隙带和断层破碎带里，通常是地下水富集的地方。完整岩层电阻率很高，但破碎充水后电阻率却很低。
音频大地仪所观测到的大地电场变化情况，基本反映了相应剖面上电阻率的变化情况，这种电阻率的相对变化又与基岩地区的富水构造带有关。因此，结合地质构造情况，分析大地电场曲线变化特点，可以达到在基岩地区寻找地下水的目的。
3.磁法测量
磁法勘探是地球物理勘探方法之一。自然界的岩石和矿石具有不同磁性，可以产生各不相同的磁场，它使地球磁场在局部地区发生变化，出现地磁异常。利用仪器发现和研究这些磁异常，进而寻找磁性矿体和研究地质构造的方法称为磁法勘探。磁法勘探是常用的地球物理勘探方法之一。它包括地面、航空、海洋磁法勘探及井中磁测等。磁法勘探主要用来寻找和勘探有关矿产（如铁矿、铅锌矿等），进行地质填图，研究与油气有关的地质构造及大地构造等问题。
磁法工作原理是通过测量不同磁化强度的各种岩、矿石在地磁场中所引起的磁场变化（即磁异常），并研究这些磁异常的空间分布特征、规律及与地质体间的关系，从而做出地质解释。沉积岩的磁性取决于它是否含有铁磁性矿物，若含有随母岩侵蚀而来的磁性颗粒，它将显示磁性，含的铁磁性矿物愈多，其磁性愈强。有的沉积岩几乎不含任何铁磁性矿物。在沉积岩地区，磁异常一般是侵入岩体存在的反映，而侵入岩的存在又是地热形成的决定因素，是热能之源。
4.氡气测量
氡量测量是系统测量天然物质（水、气体、土壤）中的氡含量，以研究与勘查目标物有关的氡异常的地球化学勘查工作。地层中含有丰富的天然放射性元素，其中又以铀的同位素所占比例最大。238U经一系列衰变后形成氡，当隐伏岩体存在时，氡及氡的衰变母体镭沿着构造带、裂隙和地下水的垂向运移在地表富集，形成氡异常。放射性元素随水中SiO2含量增加而增加，且地温的升高可以加快氡向地表的迁移，故而应用测氡法探测地热异常具备物理前提。
5.热释汞测量
热释汞测量是以热释法系统地测量从天然物质（土壤、岩石、单矿物及水）中释放出来的各种赋存状态汞为研究对象的地球化学勘查工作。研究与各种勘查目标物（矿产、地热田、油气田、隐伏构造等）有关各种赋存状态汞含量异常和热释曲线特征，可得出寻找矿产、地热田、油气田、隐伏构造的标志。土壤热释汞已成为寻找盲矿和在沉积物覆盖区找隐伏矿、隐伏构造、油气田、地热田及古墓的有效方法。研究不同矿床或同一矿床不同标高岩石或某种单矿物中热释汞赋存状态、汞含量或热释曲线，可用于区分矿床类型，进行盲矿预测。
6.EH4电导率成像系统
电导率成像技术是地热地球物理勘查技术中的一种，它可以有效地划分地层结构，确定底界面埋深，圈定有热异常特征的热储构造和导热构造，同时可节 约勘探成本。EH4电导率成像系统是20世纪90年代由美国EMI公司和Geo-matrics公司联合推出的新一代电磁观测系统。该系统是采用天然场源与人工场源相结合的大地电磁测量系统，即高频段采用人工场源，低频段应用天然场源。EH4的工作原理是通过发射和接收地面电磁波来达到电阻率或电导率的测深。连续的测深点阵组成地下二维电阻率剖面，甚至三维立体电阻率成像。其基本配置（10～100kHz）的装置能测量地表以下1000m深度范围内地质体的电阻率值，可确定出地下地电断面的电性特征和地下构造。
7.可控源音频大地电磁法（CSAMT）
可控源音频大地电磁法（CSAMT）是国际上20世纪90年代流行的先进方法，现普遍用于3000m深度的物探。传统的大地电磁法（MT）能探测8～10km的深度，但分辨率较粗；天然的音频（听得见声音的频率）大地电磁法（AMT）适于探测3000m深度，但天然大地电磁场强度太弱，接收困难。可控源音频大地电磁法增加了一个30kW的人工电源发射，可以增加接收的信号，将接收的电磁和磁场强度，再解释成电阻率剖面。该方法对地层的分层和断裂的划定比其他物探方法清晰，尤其适合于地热物探，因为地下深处含热、含水的地质构造层位或断裂可以呈现低电阻率异常的反映。这些年来，北京、天津地区新钻的地热井基本上全部进行CSAMT的探查。
8.地温法勘探
地温法勘探是测量地球温度场的分布和变化，研究地壳内热源体的要素，观测外部热源影响和测定地壳物质的热物理参数，以勘探地热资源或解决一定的地质问题的一种地球物理勘探方法。
地球内部相当于温度很高的热源，热量不断从内部向地表传导，使地壳中的温度随深度的增加而升高。地壳中的温度主要受地球内部热源（如岩浆侵入、喷发、冷却）和外部热源（如太阳辐射、核爆炸）的双重制约。内部热源基本上是稳定的，而外部热源则是变化的，受气候、地下水活动和人类活动等因素的影响而变化。地温法勘探的基本原理是地热异常区的热量，可以通过热的传导作用而不断地向地表扩散。这样根据在地表以下一定深度的温度测量和天然热流量的测定便可以圈定出地热异常区，并可以大致地推断出地下水的分布范围和高温地下热水的分布地段。测量方法有地温测量法（包括直接测量法和遥感测量法）、人工地温法（测量人工地温场中的温度变化）以及地热流法。
地热田地质勘查中的物探方法根据地热田的地质条件和被探测体的物性特征而选择。一般利用地温勘探圈定地热异常区；利用重力法确定地热田基底起伏（凸起和凹陷）、基底断裂构造的空间展布；利用磁法确定水热蚀变带位置和隐伏火成岩体的分布、厚度及其与断裂带的关系；利用电法、放射性法圈定热异常和确定热储体的范围及深度；利用人工地震法较准确地测定断裂位置、产状和热储结构；利用大地电磁法确定高温地热田的岩浆房及热储位置和规模；利用微地震法测定活动断裂带。