从20世纪30年代起，苏联和美国的地质学家开始推进地球化学勘查方法技术在油气勘查中的应用工作。中国油气化探工作始于50年代初期，1952年翁文灏在甘肃酒泉盆地应用沥青法进行地球化学测量。

石油与天然气在其形成、运移、储存、分散及破坏过程中，会在岩石、水体、土壤、生物体和大气等介质中留下地球化学痕迹，通过对介质进行系统的取样和观察，分析测试其中的一种或多种化学成分含量或化学特性，确定异常地段。然后分析异常与油气藏的成因与空间之间的关系，结合地质与物探资料，进行综合解释与推断，从而找寻埋藏地下深处的石油和天然气资源。

油气化探广泛应用于油气资源调查与勘探中，可用于油气化探的方法有：地表土壤测量、汞量测量（热释汞和壤中气汞）、微生物测量、放射性测量（氦气、氡气、铀、钍、钾和热释光）、水化学测量（水溶烃、常量组分、芳烃组分、其他有机组分等）、地球化学录井。

油气化探过程可以分为概查、普查、详查、精查和井中化探五个阶段：①概查。调查区域地球化学特征，结合地质和地球物理资料预测盆地含油气远景，调查比例尺1︰200000至1︰500000。②普查。在概查指出的远景区，或在已有地质、地球物理资料指出的有利地区，进行地球化学普查，圈出有利的油气聚集区带，为地震详查和拟定参数井井位提供依据，调查比例尺1︰100000。③详查。针对在普查中指出的有利油气聚集区带或地质、地球物理确定的各类圈闭、特殊地质体等，进行油气地球化学详查，详查的目的是圈定可供钻探的靶区，调查比例尺1︰50000。④精查。在预探井发现或开发初期，部署高精度地球化学勘查工作，配合地质、钻井、物探资料进行综合研究，进一步预测含油气范围，优选钻探目标，调查比例尺1︰10000。⑤井中化探。包括岩屑测井、常规的气测井和放射性测井，主要目的是确定油气储层的位置。