Obiettivo principale della ricerca del petrolio è la localizzazione di un giacimento, ossia di un volume circoscritto del sottosuolo dove il petrolio si sia accumulato e conservato nel corso dei tempi geologici. Il giacimento è il prodotto finale di un processo che comprende la formazione del petrolio nella roccia madre (source rock) e il suo movimento dal luogo di origine fino alle rocce serbatoio (reservoir) dove si accumula se è presente una copertura sedimentaria impermeabile (sill). L'insieme del serbatoio e della sua copertura impermeabile prende il nome di trappola. La trappola che contiene petrolio in quantità e situazione tali da permetterne l'estrazione in condizioni economiche costituisce un giacimento.

Le trappole possono essere di diverso tipo: strutturali, stratigrafiche e miste; tutte sono localizzate negli strati più superficiali della crosta terrestre alla profondità di alcuni chilometri. In base a quanto detto i metodi di ricerca dei giacimenti petroliferi devono consentire la valutazione dello spessore della successione sedimentaria, la presenza di roccia madre, la presenza di reservoir, di coperture, il tipo e la frequenza di trappole.

La stima dello spessore sedimentario può essere eseguita attraverso indagini dirette, quali il rilevamento geologico di superficie, o tramite un rilievo aereomagnetometrico che consente di riconoscere l'andamento del basamento magnetico e quindi, indirettamente, lo spessore dei depositi sedimentari sovrastanti. Accertata la presenza di un sufficiente spessore di sedimenti è necessario valutare la possibilità che nella successione siano presenti rocce madri che abbiano potuto maturare e generare olio e/o gas; ciò è possibile attraverso l'utilizzo di numerose analisi chimiche quali TOC, Rock Eval, gascromatografia.

Per localizzare una trappola e caratterizzare la sua tipologia, invece, è necessario ricorrere al rilevamento geologico di superficie oltre che all'utilizzo di metodi geofisici passivi quali la gravimetria e attivi come il rilevamento sismico. Il primo dei metodi di prospezione geofisica si basa sulla misura dell'intensità del campo gravitazionale terrestre il secondo sulla registrazione dei tempi di arrivo in superficie delle onde riflesse o rifratte nel sottosuolo.