對地震和穿過地球的波的傳播特征的科學研究。在野外還包括地震效果的研究，比如海嘯、各種不同的地震源，例如火山、構造運動、海洋的和大氣圈的以及人造地震（如爆炸引起的地震）等。
在早期的石油勘探中，勘探人員只能對可以從地表看到的地質構造進行鉆探，壹般是背斜和地層上拱形成的凸起等。但人們很快就認識到這種做法效果不佳，因為許多構造被沈積巖層覆蓋，在其下面才是由地殼運動形成的圈閉。此外，若這些圈閉恰好位於海底，則人們也完全無法用肉眼看到。勘探人員研發出地震反射方法，而它的原理就是由爆炸或用壹個重物向下撞擊地面而產生的非常簡單的地震波。
地震勘探法示意圖
這些震動從各個方向向地層深處傳送地震波。當這些波遇到壹個地質層系時，就會被反射回地表（就像光射到鏡面發生反射壹樣），而其他聲波則會繼續向下傳播直到更深處的巖層，如此反復多次發生。人們在距這種波發生的壹定距離處安置極為靈敏的接收器（地質檢波器），就可以接收並記錄下壹系列復雜的地震反射波。最先到達的是那些沿著地表運動的波，然後是被第壹套地質層系反射的波，接著是第二套地質層系反射的波，以此類推。在這種方式中，可以記錄從發射器發出後經地質層系反射後到達接收器的時間。
通過對比改變發射器與接收器的位置，就可以描繪出壹幅按時間和二維（2D）空間構成的基底地質層系圖像，然後，再計算出不同地質層系的波的傳播速度，這樣就可以得到壹幅地層深部的巖石層系圖像，而這正是地質學家和鉆井工程師最為感興趣的。根據這些圖像，繪制出更加詳細的地層剖面圖。利用這種以時間和深度表示的壹系列完整的二維圖像，繪制出地下巖層的地質圖並用於評價油氣圈閉。為了獲得更為精確和更加可靠的地下巖層圖像，人們應用三維地震技術，它比二維地震的投資更為昂貴，但卻更加精確有效。通常，人們可以從三維地震圖上直接識別出地質層系中的油氣層。為了獲得地層體積（三維空間）的圖像，需將接收器成排安置。不久將會出現的四維（4D）地震技術，可以使勘探工作進入四維空間——包含了時間的範疇。在油氣勘探開發的實踐中，三維地震技術采用規律的時間間隔，屢獲建樹。通過對比這些三維地震記錄，人們可以對壹個油田的生產階段進行跟蹤評價。在海上勘探中，三維地震記錄是由輪船拖曳的壹系列接收器（檢波器）完成的。海上地震勘探要比陸地上的容易，因為，那裏沒有會使發射器和地震波接收器發生位移的自然障礙物。
如果石油在地下像巨大的湖泊壹樣存在，那麽開采就是壹件十分簡單的事情。但是，實際情況卻要復雜得多。油氣隱藏在多孔的巖石內，就像水吸附在海綿中壹樣，它們在巖石內呈分散狀，並可迅速流過較大的區域，致使它們難以被發現且難以開采。地震勘探已成為了解地下情況最強有力的技術手段。地震勘探最早於20世紀20年代投入使用，這項技術利用地下巖層反射到地表的聲波可以看清地下的特征。用多個檢波器收集反射到地表的聲波，所記錄的數據有助於建立簡單的二維地質圖像。現在，綜合測量技術與強大的計算機結合起來，可以創立高精度的三維圖像，並且用來更詳細地揭示地下儲層的特征。先進的成像軟件可以幫助地球物理學家控制地震數據的質量，並過濾掉由地下鹽巖和火山巖等層系構成的阻礙物引起的幹擾。這些阻礙物影響根據反射聲波的方向和速度而對地下油層的精確確定。很不幸，地震成像還不很成熟，而且從未達到100%的可信度，在數據記錄階段可能出現錯誤。在山區或熱帶森林內（在這些地區的工作進度會減慢）就很難獲得地震數據。此外，具有致密與松軟差異表層的陸地區域也會導致地震反射波發生改變，而且往往難以對折返時間進行校正。在深部剖面上，也可能獲得地震圖像，但它們並不能反映真實的地下情況（呈“偽像”），就像海市蜃樓壹樣。