地震勘探
通过研究人工激发的弹性波在地壳内的传播规律来勘探地质构造的方法。由锤击或爆炸引起的弹性波，从激发点向外传播，遇到不同弹性介质的分界面，将产生反射和折射，利用检波器将反射波和折射波到达地面所引起的微弱振动变成电信号，送入地震仪经滤波、放大后，记录在像纸或磁带中。经整理、分析、解释就能推算出不同地层分界面的埋藏深度、产状、构造等。常用于探测覆盖层或风化壳的厚度，确定断层破碎带，在现场研究岩土的动力学特性等。可分为折射波法和反射波法两种。
折射波法
当地震波遇到上下速度v1、v2）不同的界面时，有一部分波将透过界面形成透射波，其透射角β与入射角α的关系符合斯涅耳定律sinα/sinβ=v1/v2）。对于sinα=v1/v2）的入射波可产生透射角β=90°的透射波，并以v的速度沿界面滑行。这种滑行波又引起个介质中质点的振动而产生可传到地面的折射波（也称首波）。但是折射波法在盲区得不到记录，因此需要加大检波距。当下层速度v2）小于上层速度v1时，不可能形成折射波。
井中无线电波透视法
无线电波是指频率在几十万赫至几十兆赫电磁波。当它在地下介质中传播遇到低阻的地质体时常被强烈吸收而大大衰减。在岩溶地区，用它探测溶洞效果甚好。工作时，将发射机和接收机分别置于相隔一定距离的两个钻孔内，若两孔之间都是均质的高阻灰岩时，沿井轴各点接收到的无线电波信号较强，如果在透视剖面上有低阻的充水溶洞等存在时，则在低阻体的背面形成一个无线电波信号被强烈衰减的阴影。运用“交会法”即可圈定被测异常体的位置和轮廓。
磁法勘探
根据岩石的磁性差异所形成的局部磁性异常来判断地质构造的方法。在工程勘察中，主要用于圈定岩浆岩体，特别是磁性较强的基性岩浆岩体，寻找有岩浆岩活动的断裂接触带，追索第四纪沉积物覆盖下的岩性界线等。大面积航空磁测资料可提供有关区域性的断裂构造、结晶基底的起伏等，为评价区域稳定性及寻找有利的储水构造提供依据。
考古探测
利用地下古代遗物与周边物质的物性差异，采用地球物理勘探手段对它们的平面位置、埋深、分布范围进行调查。 利用雷达多天线阵列技术，探测的精度高，在小面积定位方面有无可比拟的优势；磁法探测能更快、更大面积地揭示地下遗址的面貌，结合已经为考古发掘与考古调查所认识的部分，加以典型影像校正，能更完整地认识遗址的全貌。
主要应用于找出遗址内土城墙、壕沟、坑、柱洞、房屋、墓穴等的位置及分布情况。
应用地球物理学的原理进行工程地质、水文地质调查的勘探和测试方法。它是地球物理勘探的一个分支，简称工程物探。由于各种岩石或地质体在密度、磁性、导电性、弹性、放射性等物理性质上存在着差异，人们用不同方法和不同仪器，测量其天然或人工的地球物理场，并分析研究由于这些物理性质差异而引起物理场的变异，再经推断解释，以了解地下地质情况；或利用仪器直接测定岩体的物理特性，提供工程设计需要的参数。水利工程地质勘察中广泛而正确地运用工程物探，可加快勘测速度，降低成本，还可得到岩体原位的物性参数，对工程地质条件的定量评价起到促进作用。中国水利工程地质勘察中应用工程物探始于20世纪50年代初。常用的方法主要有地震勘探、电法勘探、弹性波测试和测井，此外还有放射性勘探、微重力勘探、磁法勘探等。