A veces, el escape de hidrocarburos gaseosos o líquidos a través de grietas del suelo, o la identificación en la superficie de restos indicadores de la presencia de combustibles fósiles como asfaltos, por ejemplo, facilitan la tarea de investigación. Habitualmente, hay que llevar a cabo complejos y costosos estudios que sólo en un 10% de los casos llegan a descubrir petróleo, y únicamente un 0,2% de los cuales son bastante ricos como para ser explotados de forma rentable.
En la búsqueda de nuevos yacimientos participan las más diversas y modernas ciencias y tecnologías. Se trabaja analizando fotografías aéreas y de satélites, que permiten reconstruir la estructura interna del terreno, se estudian las variaciones en el campo magnético y gravitacional terrestre o se analizan con rayos X las características de las piedras recogidas mediante sondeos geológicos. Con la información obtenida, se dibuja una carta geológica del lugar, el primer paso en la exploración petrolífera.
Uno de los métodos más utilizados es el estudio de las características de las capas subterráneas, mediante ondas sísmicas provocadas de forma artificial. Este sistema se basa en el estudio del comportamiento de una onda sonora cuando atraviesa o rebota en los estratos del subsuelo. Las ondas se recogen por sismógrafos muy sensibles situados en la superficie -los mismos aparatos que se utilizan para detectar los terremotos-, y los datos se analizan en un ordenador. La velocidad de propagación de las ondas permite determinar la estructura del terreno, la existencia de capas duras y su profundidad. La operación se repite varias veces desde diferentes lugares para elaborar un mapa detallado de las profundidades.
Una vez acabada la fase de prospección, se hace un sondeo para averiguar si un pozo contiene suficiente petróleo como para que su explotación sea rentable.
Este sondeo se realiza con una barrena muy potente instalada en una torre de perforación, que agujerea lentamente el suelo, hasta llegar al punto donde está el yacimiento. A medida que el taladro avanza, se van colocando tubos por los cuales el petróleo será conducido hasta la superficie. En los casos en que el sondeo se realiza en el mar, se utilizan plataformas o barcos especiales, equipados con todos los elementos necesarios para llevar a cabo las prospecciones.
Cuando, finalmente, se accede a la capa que contiene petróleo, se ha de trabajar con mucho cuidado a la hora de extraerlo, ya que se liberan presiones elevadísimas que hay que controlar para evitar escapes y explosiones. Una vez ha sido abierto el pozo, se retira la torre, se instala una máquina de bombeo y se inicia la extracción del crudo de petróleo. Comienza así el recorrido del petróleo que lo llevará a todos los lugares del planeta y hará de sus derivados, uno de los bienes de consumo más preciados para la civilización actual.
En España, se iniciaron las operaciones de exploración de hidrocarburos en 1941 sin éxito. El primer resultado positivo se produjo en 1960. Cerca de Vitoria, se localizó una pequeña acumulación de gas natural. En 1964, se descubrió el primer yacimiento de petróleo en España, Ayoluengo en La Lora (Burgos), alcanzando una producción de 1000 barriles por día de muy mala calidad.
En 1970, se descubrió el yacimiento off shore de Tarragona de Amposta y, en 1975, el de Casablanca. En relación con el gas natural, en 1978 se descubrió un yacimiento en Jaca y otro en el Golfo de Cádiz. En 1980, se localizó otro yacimiento de gas frente a Bermeo.
