經過壹系列協商，英國獲得大部分北海大陸架。英國北海海域包括三大沈積盆地，含油氣層厚2500～3500米。南部盆地在北緯54°以南，已發現20多個氣田，儲氣層為二疊紀砂巖；該盆地開發最早，是目前英國天然氣的主要產區，中部盆地位於北緯55.5°～58.8°，已發現約30個油氣田，其中福蒂斯油田為北海三大油田之壹，目前產量最大，主要含油氣層是古近—新近紀砂巖和白堊紀灰巖。北部盆地又稱設得蘭盆地，位於北緯59°～61°，這裏油氣蘊藏量是北海最大的，主要儲油層是侏羅紀砂巖，發展潛力巨大，布倫特是北部著名油田。勘探表明，在英國北海海域，石油蘊藏量達30億噸以上，已探明有開采價值的油田約有80多個。在1964年和1965年，聯邦德國與荷蘭、丹麥按等距原則劃分出兩條各長26海裏的鄰近海岸地區的大陸架邊界。後來聯邦德國提出扇形區理論，把德國的大陸架地區插在荷蘭和丹麥兩國海域中間，力求把它的大陸架擴展到油氣儲量相當可觀的北海中部。不久聯邦德國、丹麥和荷蘭進壹步談判，進而在1971年取消了丹麥和荷蘭之間1966年的大陸架劃界協議，並締結了以下新協議：聯邦德國—丹麥、聯邦德國—荷蘭、聯邦德國—英國、丹麥—英國四個大陸架劃界協議，以及英國和荷蘭簽訂的修正1965年大陸架劃界協定的議定書，德國由此獲得了較為有利的疆界，其大陸架區域擴展到北海中部地區，壹般認為在那裏找到具有商業開發價值油田的可能性較大。
北海油氣勘探開發從20世紀60年代起步。1963年丹麥首先頒發了開放北海大陸架海域的第壹批勘探許可證。1964年德國也相繼頒發了北海所屬海域油氣勘探許可證，並於1965年首先發展鉆探，發現了壹個無開采價值的氣藏。隨後，英國石油公司在北海南部區發現了第壹個商業性油田——埃科菲斯克。到70年代，隨著海洋鉆井裝置建造業的迅速發展，北海油田的勘探活動進入高潮。相繼進入北海進行油氣鉆探的公司有幾十家。從1970年開始，不斷有新的重大發現。尤其是從1975年開始，是北海歷年來油氣勘探成功率最高的壹年，***發現油氣田20多個。至1982年底，北海證實可采石油儲量約為46億噸，潛在的可采儲量估計有66億～100億噸。目前，北海***發現了100多個油氣田。北海作為壹個新興的大型海上含油氣盆地早已為世界石油所矚目，但其石油勘探和開發歷史是十分曲折的，概括起來可劃分為如下幾個階段。
壹、1959年以前
北海周邊陸地上的勘查活動始於1859年，當時在德國北部漢諾威附近發現了維策油田。通過對類似的鹽丘和伴生的背斜的系統勘查，發現了約70個油田，年產石油300萬桶（50萬立方米），大部分產自下白堊統和侏羅系儲層。1910年在漢堡附近的壹口水井中偶然發現天然氣，以後在壹些地區的二疊系蔡希斯坦統白雲巖中也發現少量天然氣。
荷蘭的勘查始於1935年，在1943年發現下白堊統紹內比克（Schooncbcck）油田。1948—1953年在荷蘭東北部發現壹些小氣田，並在西部進行小規模石油生產。
英國的勘查活動可追溯到1938年，當時英國石油公司（BP）在埃斯克代爾（Eskdalc）背斜上鉆探，發現了蔡希斯坦統白雲巖中的天然氣。1939年進壹步在伊克林（Eakfing）背斜勘探，在納謬爾階和威斯特伐利亞階中發現具商業價值的低硫蠟質原油，在迪克斯伍德·凱勒姆希爾和考通地區進行的地震折射測量發現了其他含油構造，使得東米德蘭石油總日產量達2500桶（400立方米）。第二個勘查高潮在1953—1961年，發現了蓋恩斯伯勒油田及10個小油田。
二、1959—1964年時期
1959年在荷蘭發現了格羅寧根大氣田，增強了部分石油公司勘查海域的意向。最終刺激了工業界進入北海工作，對格羅寧根資料的區域地質對比表明，二疊系含氣砂巖儲層很可能從荷蘭的北海下面延展到英國東部，而物探資料已經說明，與德國和荷蘭陸地上類似的鹽丘構造在海域也存在。1962—1964年，壹些公司集團進行了踏勘性海上地震測量，再加上航空磁測，第壹次較準確地勾畫出了北海的地質格架，同時，早從1961年開始，就從荷蘭陸地油氣田區向海域甩開鉆探，打了少量海上鉆井。
三、1964—1970年時期
雖然在北海中央高地英國海域打的第壹口井沒有見到油氣，但1965年在與格羅寧格相類似的二疊系赤底統儲層中發現了工業天然氣，這就是萊曼大氣田。同時，在德國海域打的幹井，使人們認識到這套含油組合的地理分布有限，即赤底統砂巖向北過渡為頁巖和蒸發巖。鉆探表明，赤底統砂巖的上覆層是壹套厚的陸架碳酸鹽巖，後者向北變薄進入盆地相。
到1968年已經清楚地認識到，在砂柑帶內的構造上鉆探不壹定成功。例如48/13-1井，見到當時最厚的砂巖，致密膠結，含氣層有數百英尺。但進壹步鉆探和詳細的巖石學研究表明，該沙丘帶某些地區在中生代被埋藏程度深，次生氧化矽和自生伊利石的生長使砂巖孔隙度遭到破壞。這壹盆地區的回返發生在白堊紀末期和古近—新近紀中期，結果形成壹些寬廣的構造高地。業已證明，其他高地也是不含氣的，赤底統砂巖的有工業價值範圍是在二疊紀南部盆地的南半部，構成壹條較狹窄的東西走向的巖帶。
人們發現，儲集性能極佳的三疊系本特階砂巖，分布範圍要廣泛得多，而且，它們受下伏二疊系鹽層廣泛的構造影響，但對本特階砂巖抱很大期望的時間很短。這是因為，在大部分地區，二疊系蒸發巖是天然氣從石炭系母巖中運移的障礙，這些圈閉或是完全含水，或是只有部分被天然氣充填。罕見的例外只是當斷層或鹽層變薄而破壞這種封閉的地帶，直接有工業價值的三疊系氣田是1966年發現的休伊特氣田和1967年發現的多提氣田。
根據德國和荷蘭的早期經驗，認為二疊系蔡希斯坦統碳酸鹽巖是第二個天然氣目的層，在鉆探更深的赤底統目的層時，在許多情況下發現它是含氣的。可是迄今沒有壹個海域鉆井證明它有多大規模，或者證明其有足夠的流量可維持工業開發。
盡管蔡希斯坦統和三疊系兩個儲層可開發的天然氣很少，但卻獲得了豐富的地層信息。業已發現，德國海域以西很遠，各種碳酸鹽巖、砂體和蒸發巖的巖性地層關系出奇地準確。在海域獲得的新證據也為英國二疊紀和三疊紀盆地邊緣沈積與陸地同類地層相聯系提供了線索。
在北海中央高地以北，勘查興趣集中在古近系，在這裏，根據地震資料，存在類似生長斷層的特征。這種生長斷層表明可能有三角洲滾動構造，但1967—1969年鉆探結果沒有重要的發現。大約在同壹時期，在挪威水域上白堊統白堊層中發現大的含氣油流，油柱高700英尺（213米），而在丹麥水域內，1966年發現非工業油氣流，從而證明這套白堊層是有遠景的儲層。1969年發現了特大型的白堊系中的埃科菲斯克油田石油儲量13億桶，該油田的發現被認為是北海石油勘查工作中壹個最重要的裏程碑，從而終止了十年來以勘查非伴生氣為主的工作，真正開始北海北部的找油階段。
1970年在英國水域有兩處重要發現，壹處是福蒂斯油田，在古近系砂巖中揭露118米（386英尺）油層。日產原油750立方米（4720桶）；另壹處是奧克油田，從二疊紀坍塌角礫化和多孔白雲巖中，流出輕質低硫原油，日產量940立方米（5920桶），白雲巖下伏著450米以上的赤底統含水砂巖。這些發現有力地證明這樣壹種假說：在中央地塹內的中生代或古近—新近系源巖中有希望生成石油。1970年第三口井揭示了新的有意義的石油前景，即中央地塹內更深的前中生代砂巖希望很大，從白堊層之下的砂巖中首次試出了石油，日流量128立方米（800桶），產自3600米深度以下的薄層砂巖中。只是因為石油產量中等和儲層較薄，當時並不具有巨大的工業價值。
四、1971—1976年時期
埃科菲斯克油田的發現，導致在南部的挪威和丹麥水域的中央地塹的白堊儲層中發現壹系列油田。英國水域石油勘查更加積極，在設得蘭臺地以南地區，以及福蒂斯油田與蘇格蘭海岸之間地區大力進行地震勘探，發現了多種多樣的構造單元，壹些在早白堊世以前出現的埋藏“地貌”，提供了大量很有遠景的靶區。最大的埋藏高地在北海北部顯示很清楚，在該構造上打的第二口井即發現了布倫特油田，產層為侏羅系三角洲砂巖，日產原油1040立方米（6500桶），該油田可采石油儲量2.8億立方米。布倫特大油田的發現對北海北部的石油勘查有重大影響，導致了壹系列類似油田的發現。在隨後的四年中，在布倫特型埋藏高地上找到9個大油田（東設得蘭盆地），在挪威海域發現斯萊普那氣田，其天然氣儲量0.2萬億立方米，凝析油4.09億桶（6500萬立方米），與此同時，鉆探工作也提供了大量的有關侏羅紀巖系的新的區域資料。
侏羅系作為新的勘查目標早在1972年就已知道，上侏羅統（牛津階）是壹套引人註目的含油的海岸砂巖。1974年克萊莫爾油田的發現進壹步證實了其石油潛力，更北部發現的馬格努斯油田中，石油砂巖是啟奠裏支階的螺水相，但這種地層單元現普遍認為具源巖特征，而不是重要的儲層。1975年，在維金地塹發現上侏羅統的布雷油田，儲層是壹套很厚的礫巖和砂巖層系，最大厚度450米。同年，在挪威水域的中央地塹東側侏羅系淺海砂巖中發現尤拉油田，石油儲量2億桶（3100萬立方米）。天然氣20億立方米。70年代中期在中侏羅統海退砂巖中沒有突破，所以對上侏羅統興趣增加。
這壹時期，也大量積累了古近—新近系的新資料，許多鉆井把侏羅系和古近—新近系作為目的層。1971年發現弗裏格大氣田（南維金地塹），儲層是始新統濁積砂巖，在古近—新近系中也發現規模小於侏羅系的油田。
這些年代，有壹種主導思想，即在北海中部和北部，唯壹重要的生油巖是上侏羅統啟奠裏支階黏土層。根據這種概念，馬裏灣（Inner Moray Firth）大部分地區是無前景的，因為源巖被認為對石油生成作用是不成熟的。然而，1976年比阿特拉斯油田的發現卻表明，勘查人員對其他可能性也要保持思想開放。該油田可采儲量約1.62億桶（2500萬立方米），屬於中侏羅統儲集巖。1976年，還發現了泥盆紀老紅砂巖中的巴肯油田，雖然孔隙度低、滲透率低，但因強烈裂隙化而有可觀的流量（日產30000桶）。
五、1977—1985年時期
自1977年來，北海中部和北部的油氣勘查工作很活躍，勘查的主要目標是上侏羅統，而其他目標，如古生界、下白堊統、古新統和始新統也不斷引起人們註意。這壹時期的特點是，開展對日益困難的對象的勘查。在上侏羅統中的圈閉和儲層產地的地震顯示的解釋，要比早期對中侏羅統地壘和傾斜斷塊，或者大型底辟構造和鹽丘等主要對象的地震解釋困難得多。然而，隨著對以白堊系為基底的小型閉合構造上較弱地震指示的識別和鉆探經驗的積累，在北海北部和中部發現了壹些油氣田。
在維金地塹南部，繼布雷油田之後，又發現了托尼/塞爾馬（1976）和蒂法尼（1979）油田；在北海中部，在上侏羅統和下白堊統中繼續有發現。在北海南部英國水域，自1982年以後，勘查工作有所加強。在挪威水域，1978年發現古爾法克斯大油田，可采石油儲量達13億桶（2060億立方米），天然氣5000億立方英尺（140億立方米）。而挪威水域發現的特羅爾（Trol1）特大型油氣田（1979年），更是北海油氣勘查史上壹個重要的裏程碑。該年還發現另壹個大型油氣田——諾爾斯克·奧錫堡油氣田，估計石油儲量10億桶（1.6億立方米），並含天然氣2.4萬億立方英尺（670億立方米）。
在丹麥水域，發現5個油氣田，總的石油儲量約3億桶（4600萬立方米），天然氣3.9萬億立方英尺（1100億立方米）。
六、1985年以後的勘探概況
1985年以來，勘探開發活動仍然很活躍，在北海北部地區的主要勘探目標仍然是上侏羅統，但對其他的目的層，如古生界、白堊系、古新統和始新統，仍有壹定的興趣，因而，在某些地區仍取得了可觀的勘探效果。但經過壹段高峰大型油氣田集中發現期以後，這個階段的主要特點是發現相對較小。
這壹階段的另壹特點是勘探開發工作更加困難。上侏羅紀圈閉的地震顯示已不那麽明顯。大的地壘、上覆構造和鹽刺穿經前期勘探，已有許多發現，剩下的更加不明顯。自此期間維京地塹南部以上侏羅統不萊油田類型具遠景目標而富有成效的，有托尼（Toni）油田、蒂法尼（Tiffany）油田。更重要的發現是在挪威海域，發現了上侏羅紀的特羅爾（Troll）大油氣田、中侏羅紀的古爾法克斯（Gullfaks）和奧塞貝格（Oseberg）及斯諾裏（Snorre）等大油田。這也許與挪威發出招標區塊較晚有關。
在中央地塹的阿蓋爾（Argyll）油田附近，Homilfon公司成功地圈定了壹批小斷層圈閉，在侏羅系砂巖中於1981年發現了都坎（Duncan）和東都坎（East Duncan）油田。另外，在默裏灣有限的區域內，證實了下白堊統砂巖沈積中亦含有烴類聚集，如1980年發現的北克萊莫爾油田。
古近—新近系的開發集中在設得蘭高地的邊緣，在那裏原油的密度大於英國北海的其他地區的原油密度。在中央地塹也有若幹古近—新近系的油層發現，菲利浦公司發現的Joanue就是其中之壹。