인공적·자연적으로 생긴 물리현상을 주로 지표면(地表面)에서 관측하여, 그 자료로부터 지질구조, 광상(鑛床)의 존재 등을 조사하는 방법. 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.