早在17世纪人们便尝试用罗盘寻找磁铁矿，20世纪初，各种物探方法才广泛地用于找矿勘探与工程勘察。60年代以来，由于物理学、数学、特别是电子技术、计算机技术的发展，大大促进了各种物探方法以及仪器设备的发展与改革。例如，50年代工程物探常用的光点地震仪已被信号增强型地震仪以及轻便的数字磁带地震仪所替代。地球物理场的观测空间已从地面发展到地下（如地下物探）、水域（如海洋物探）、低空（如航空物探）以至空间的遥感技术等。
重力勘探
根据岩体密度差异所形成的局部重力异常来判断地质构造的方法。常用以探测盆地基底的起伏和断层构造等。采用高精度重力探测仪有可能探测一些埋深不大并且具有一定体积的地下空洞。
放射性勘探
不同岩石所含放射性元素的含量不同。因此通过探测由放射性元素在蜕变过程中产生的 у射线强度，可以区分岩性。近年来利用天然放射性测量探测基岩裂隙地下水（如用测量у强度、能谱、α径迹法等找水）获得成功。此外，放射性同位素常用作研究地下水及其溶质运动的示踪剂。
地震勘探 由人工激发的地震波，在往地下传播时碰到密度、弹性不同的两种介质的分界面就要发生波的反射、透射和折射。其中反射波直接返回地面，透射波即透过界面进入下部地层。唯有入射角θ1（射向界面时与界面法线的夹角）等于临界角i（其值由上、下地层的地震波传播速度υ1与υ2之比决定）的那部分地震波，在抵达分界面后将沿入射角平面产生折射，以界面速度（即下部地层的波速υ2）在界面上向前滑行，并在所到之处随即形成一种新波，此新波以与界面法线呈临界角i射向地面，称其为折射波。反射波和折射波返回地面被预置的检波器接收，并由地震勘探仪记录从震源出发到达检波点的传播时间和振动特性。震源周围有接收不到折射波的区域称为盲区，传播时间是由这些波的行程和沿途介质的地震波速度决定的。在震源与检波点间的距离选定后，波的行程就取决于界面深度，故可借此进行地质勘探。利用反射波的称为反射波法，利用折射波的称为折射波法。
由于工程勘察的勘探深度较浅，折射波法比反射波法干扰少，容易识别，且能测定界面速度，从而了解下层的岩性和探查断层等，因此应用比较普遍。但折射波法要求震源强度大，又有盲区和下层波速必须高于上层的限制。为了避免这些缺点，近年来工程勘察部门对浅层反射波法也在加强研究和实验。地震勘探在水利工程勘察中主要用来测定地质界面的深度和形态，如覆盖层、风化层、滑坡体的厚度和地下水位，以及探查断层、破碎带等（见彩图）。反射波法还可探查岩溶洞穴。
弹性波测试 在岩体或土层中激发弹性波（地震波或声波），用仪器测定岩土体传播这些弹性波（包括纵波与横波） 的速度以及传播过程中能量的衰减等特征，从而求得岩土体的动态弹性系数，评价岩土体的力学特性。此法与地震勘探不同，它多数是利用直达波。弹性波测试可为岩体的工程地质分类提供依据，测定地下洞室围岩的松弛范围，进行灌浆效果的检查，坝基建基面和桩基质量的无损检测，还可为工程建筑物的抗震设计和砂层液化研究提供参数。测井 各种地球物理探测技术在钻孔中的应用。工程物探采用的测井方法主要有：①电测井，包括电阻率与自然电位测井；②声测井，包括声速和声幅测井；③放射性测井，包括自然伽玛、伽玛-伽玛、中子-伽玛测井和放射性同位素示踪等；④温度测井；⑤超声成象测井；⑥电磁波测井。此外，还有利用工业电视设备对孔壁直接观察的钻孔电视以及对钻孔直径和井斜的测量等。测井方法的综合运用，可以详细划分钻孔地质剖面，探测软弱夹层，确定断层及裂隙、破碎带的位置与产状，测定地层的电阻率、弹性波速度、孔隙度、密度、含泥量、含水量，确定含水层的位置，测定地下水的矿化度和流速、流向等。