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。
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。
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。
此外，水利工程勘察中应用还不很普遍的几种物探方法有：放射性勘探是在地面测量放射线强度以探查断层或进行环境放射性污染的检测；微重力勘探是利用微重力仪测量重力场异常以探测岩溶洞穴等地质现象；磁法勘探是测量地磁场异常以探查含磁性矿物的地质体。
各种物探方法均有各自的特长，也都有其方法原理所决定的局限性，且在很多情况下单一方法的资料有多解性，为了取得比较理想的勘测效果，必须针对具体的工作任务，因地制宜，选择几种有效的方法进行综合物探。