O método geológico de superfície já foi importante para a prospecção do petróleo, mas hoje consiste apenas em aquisição de dados geológicos embasados em mapas geológicos, com pouca conexão com métodos de subsuperfície, que tornam limitante a idéia tão necessária da profundidade e da estrutura das camadas sedimentares potenciais ao alojamento de hidrocarbonetos.

O método potencial gravimétrico é o mais importante método de prospecção, pois fornece uma boa idéia da estrutura detalhada das bacias, embora seja muito limitado como método descobridor e delimitador de campos de petróleos.

O método potencial da magnetometria é um método que apresenta poucas variações de medidas do campo magnético terrestre e, por isso, é utilizado na prospecção de petróleo por sua exatidão. Porém, não serve para distinguir as rochas do embasamento das rochas sedimentares de bacias sedimentares em profundidade.

O método sísmico de refração compreende a propagação das ondas sísmicas em qualquer tipo de rocha e tem como base a refração das ondas com qualquer medida angular, dependendo apenas da diferença de composição do meio rochoso. É um método largamente aplicado na prospecção de petróleo na atualidade, porque se presta à distinção de camadas, em qualquer profundidade, no âmbito de uma bacia sedimentar, além de ter custo muito baixo.

O método sísmico de reflexão é um método que utiliza as reflexões das ondas sísmicas em um refletor, que se constitui em contatos de camadas ou superfícies anômalas de conteúdo fluido com qualquer inclinação, além de configurar estruturas, que são disponibilizadas para posterior análise. É o método de prospecção mais utilizado na indústria de petróleo atualmente.