물리탐사(物理探査) ·물리탐광(物理探鑛)이라고도 한다. 탐사의 실마리가 되는 물리적 현상의 종류에 따라 ① 탄성파(彈性波)가 지하를 전파하는 상태를 이용하는 지진탐사, ② 지층 ·광상의 밀도차에 의해 인력의 수치가 다름을 이용하는 중력탐사, ③ 지층 ·광상이 천연적으로 발생하는 전기장 또는 인공적인 전기장 ·전자기장을 이용하는 전기탐사, ④ 지층 ·광상의 자성(磁性)을 이용하는 자기탐사, ⑤ 퇴적물 ·광상 ·지하수의 천연방사능 또는 인공방사선을 이용하는 방사능탐사, ⑥ 지하의 온도 또는 온도기울기를 이용하는 지열(地熱)탐사 등으로 나뉜다. 방사능탐사에서 특히 방사선 측정기를 비행기에 싣고 비행하면서 천연방사능을 측정하는 것을 항공방사능탐사라고 한다. 일반적으로 석유 ·천연가스 ·석탄 ·핵연료 물질 ·금속광물 ·비금속광물 ·지열 ·온천 등 지하자원의 탐사 및 토목건설공사 등의 지질조사에 이용된다.
실시 과정은 다음과 같이 대략 5단계로 나뉜다. ① 조사지의 선정, 조사지 및 인접 지역에 관한 문헌자료를 수집한다. ② 조사지의 환경 ·지질 ·지형에 대한 지식을 정리하기 위한 예비적 현지조사를 한다. ③ 탐사 방법의 선택과 결정, 한 가지 탐사 방법으로는 잘 구별되지 않는 구조나 광상의 조사에서는 몇 가지 방법을 결합시킨다. 이 단계에서는 조사비용이나 가동일수 등의 제한도 참작한다. ④ 야외의 지구물리학적 탐사 실시, 조사의 진행과 아울러 측정 결과를 대국적으로 해석하면서 작업을 계속한다. ⑤ 결과를 판독하여 보고서를 작성한다.