目前，勘探油气田的方法有地质法、地球物理勘探法、地球化学法和钻井法四类。
一、地质法
地质法是油气田勘探工作中贯彻始终的基本工作方法，主要包括通过观察、研究出露在地面的古地层、岩石及油气显示，获取相关地质资料并进行分析、解释，判断一个地区有无生成油气和储存油气的地质条件，对该地区的地下含油气远景进行评价，确定有利的含油气区。在岩石出露的地区，该方法有可能直接发现地下油气藏。该方法还包括通过钻井获取地下岩心、岩屑等资料进行的地质录井工作和实验室分析工作，以及对地球化学、地球物理等各种方法提供的大量间接资料进行地质解释。
地质法除了要研究地下岩石、地层、地质构造以及地球发展史等基础地质问题外，还着重研究地下区域和局部的油气藏形成条件，如生油条件、储油条件、运移条件、圈闭及保存条件等，以确定油气藏是否存在并进行含油气远景评价。
二、地球物理勘探法
地球物理勘探法是根据地质学和物理学的原理，利用电子学和信息论等领域的新技术建立起来的一种间接寻找油气的方法。它利用各种物理仪器在地面或空中观测地壳表面上的各种物理现象，根据物理现象的变化推断地下的地质构造特点，寻找可能的储油、储气构造。
地球物理勘探法主要用于近代沉积发育的覆盖地区、海湖地区，这些地区没有地层和岩石出露，地质法受到很大限制，用大量钻井取岩心的办法了解地下地质情况，不仅成本高，效率也低。
地球物理勘探法主要包括重力勘探、电法勘探、磁法勘探和地震勘探等方法。目前应用最广泛、最有效的是地震勘探方法。
（一）地震勘探方法
在地下或水下浅层安置炸药，炸药爆炸引起的冲击会产生巨大的震动，在压力作用下，地下岩石发生压缩和膨胀，从而产生岩石质点的震动，形成地震波。当地震波遇到不同密度岩层的分界面时，会产生三种现象：第一种是部分地震波从分界面反射回来，反射回来的波叫反射波。第二种是部分地震波透过界面向下传播，这部分波叫透射波；透射波再遇到分界面时还会发生反射。第三种是部分地震波透过界面并沿着岩层分界面滑行一段再折射回来，折射回来的波叫折射波。根据接收和研究波的类型，地震勘探又可分为反射法和折射法。目前，反射法应用最为广泛。
地震波的传播速度与岩石性质有关。通常，致密坚硬的岩石地震波传播速度快，疏松的岩石地震波传播速度慢（见表3-1）。
表3-1 地震波速度与岩性的关系
根据地震仪所记录的地震波传播时间，参考其他方法求得的本地区地震波速度资料，就可以计算出地下各层界面的深度，从而了解地下地层的起伏状况，寻找有利的圈闭（见图3-1、图3-2）。
图3-1 海上地震勘探原理示意图
（二）重力勘探
以地下不同岩石的密度差异为依据，在地面测量由密度差异引起的重力变化，进而推断地下地质构造和矿藏的方法，称为重力勘探。重力勘探通过野外重力测量、室内资料整理获得重力勘探资料，对资料进行解释可以研究地壳深部地层和区域地质情况，有条件的地区可以研究局部地质构造。
重力测量得到的重力变化值是很微小的，我们称为重力异常，其仅占重力全值的200万分之一，因此测量精度要求很高。由于重力仪中的弹簧有永久变形，仪器不可避免地产生零点变化，为此野外重力测量时要进行重复观测，并进行各种校正，去掉因非地质因素造成的重力变化值。
经过校正后的重力异常值主要反映地下岩石密度变化引起的地表重力变化，可以绘成重力异常平面图和剖面图，用于分析和判断地下的地质构造和矿产情况。
图3-2 陆上地震勘探原理示意图
x—地震测线；t—地震波传播时间
（三）电法勘探
地下不同岩石存在着导电性、导磁性、介电性的差异，在地面测量由这些差异引起的电场的变化，进而推断地下地质构造和矿藏的方法，称为电法勘探。按电场的成因，电法勘探可以分为天然场法和人工场法两类。天然场法包括大地电磁法、声频电磁法，人工场法包括电阻率法、人工电磁法、激发激化法。
电法勘探在金属勘探领域应用最广泛，其次在工程地质和水文地质勘探方面也有较多应用。对石油勘探来说，主要用其中的电阻率法、大地电磁法、人工电磁法来测量地下地层界面深度，它可以研究区域地质情况和局部地质构造。
（四）磁法勘探
地下不同岩石存在着磁性的差异，在地面测量由地下磁性差异引起的地面磁场的变化（磁异常），进而推断地下地质构造和矿藏的方法，称为磁法勘探。磁法勘探可以研究大地构造单元、基底构造和沉积盖层等。该方法可以在地面和空中进行，分别称为地面磁力测量和航空磁力测量。
磁异常值是用磁力仪来观测的。磁力仪分为垂直磁力仪和水平磁力仪两种。测量方法有相对测量和绝对测量两种。绝对测量主要用于正常磁场的测量，油气勘探中主要采用相对测量。
磁异常解释方法包括三个方面：一是正问题研究，即已知地下地质体的形态，分析其在地面形成的磁异常特征，找出磁异常和地下地质体产状之间的关系，以指导磁异常的地质解释。二是对实测磁异常进行加工处理，消除干扰磁异常，突出地下地质因素引起的磁异常。三是反问题研究，即对实测磁异常进行地质分析，找出对应的地下地质特征和矿产。
三、地球化学法
地球化学法是利用化学分析方法对岩石、土壤、气体和水样本中的各种成分进行分析，测定地下油气的扩散所引起的各种化学、物理化学和生物化学的变化，分析地下油气存在与分布情况。地球化学法又称为地球化学勘探法，主要包括气测法、沥青法、水化学法、细菌法等具体方法。
（一）气测法
气测法是利用灵敏的气体分析仪测定土壤、表层岩石或水中的碳氢化合物气体的含量。其原理是：当地下油气藏存在时，油气就会向地表扩散，使其上部的地表出现气体异常，碳氢化合物气体含量较其他地区高。
目前气测法还处于发展阶段，无论在理论上还是实践上都不够完善，效果不理想。但地球物理测井的气测法却是在钻井中判断油气层位的一种有效方法。
（二）沥青法
沥青法包括测定发光沥青、氯仿沥青“A”等方法。各种方法在地面和井下测得发光沥青、氯仿沥青“A”等异常时，说明本地区有着油气生成、运移、扩散和氧化的过程存在，用来评价该区、该层的含油气远景。
（三）水化学法
水化学法主要是研究水中所含盐类、微量元素、水型以及它们在地表的分布情况，用以进行含油气可能性的判断。
（四）细菌法
细菌法是一种间接的地球化学方法。由地下运移、扩散至地表的某些烃类（如甲烷、乙烷、丙烷）在油藏上方形成相对富集带，而某些细菌对某种烃类有特殊嗜好，常在这些地区大量繁殖。通过采样进行细菌培养，可反映烃类异常区，用作寻找油气藏及评价含油气远景的重要指标。
四、钻井法
钻井是油气田勘探工作中不可缺少的手段。无论是地质法、地球物理勘探法、地球化学法，对确定地下有利的含油气构造或油气藏，都属间接方法。通过钻井手段才能最后确定油气藏是否存在，以及是否具有工业油气流。但与其他方法比较，钻井法却是速度最慢、投资最多的一种方法。它必须在地质、地球物理、地球化学等方法综合勘探的基础上进行。