由于地球内部组成和属性只能通过模拟的方法研究，因而研究地球内部环境下岩石的物理性质、岩石和岩体（层）的物理特征及其形成机理和应用是岩石物理研究的重要内容。岩石物理学的研究方法以实验方法为主, 即模拟地球环境进行岩石物理性质测量和分析。随着数值模拟技术和微观测量技术的发展，数字岩石物理也发展成为岩石物理的重要研究手段。实验方法在岩石物理学中起着重要的作用，岩石物理学有时也称为实验地球物理学或实验岩石物理学。 

岩石的主要物理性质包括：力学性质、电磁学性质、磁性、热学性质和放射性。岩石的光学性质是岩石学和矿物学研究基础之一。岩石的力学性质、电磁学性质、热学性质、放射性分别是地震学与重力、电磁法与磁法、地热学和放射性地球物理的研究的对象和基础。

岩石的力学性质包括岩石的密度、机械波速度、弹性模量、泊松比等动力学性质，孔隙度、渗透率等流体力学性质，抗压、抗拉、抗剪（断）强度及岩石破坏、断裂、解理等强度性质。岩石的力学性质主要由构成该矿物各元素的原子量和矿物的分子结构决定，也取决于它的矿物组成、结构构造，以及它所处的外部条件。由于岩石力学是地震学、勘探地球物理学的重要基础，岩石的力学性质一直以来都是岩石物理学研究和关注的重点。作为地震岩性分析理论基础的地震岩石物理学以岩石及其所含流体的性质与地震属性参数之间的关系为研究内容，形成了一整套基于岩石弹性、黏弹性和各向异性等物理特性的系统理论、介质模型和经验准则。地震波在岩石中的传播机理是地震岩石物理学研究的基础。

波在岩石中传播的衰减机理。岩石一般为多相介质：固体、液体、气体，波在流体中传播因摩擦（黏滞性、热传导），要损耗能量，固体质点运动也要损耗能量，统称内摩擦或内耗。内摩擦与应力循环有关，比如纵横波有周期性，应力变化也有周期性，在纵波的疏密带中，密带为压应力，则疏带就表现为张应力，如果单元体积内含有流体，且有缝隙与外界沟通，则会发生流体在压应力和张应力的交替作用下，出现流体向单元外排出和向单元体内流进的现象，显然要消耗、损失能量。

研究衰减的重要性。①衰减随岩石物性参数的变化而变化的程度比波速的相应变化要灵敏得多，包括振幅、频率、吸收等特性，均比波速、时差的变化要敏感。②衰减直接反映岩石的微观特性，而波速直接反映岩石的宏观（总体的、平均的）特性，间接反映微观特性。而我们感兴趣的，或有意义的，正是岩石的微观特性（孔隙度、渗透率、流体饱和度、裂缝分布、充填物等）。③衰减跟渗透率有密切的关系。

岩石的电性包括电（导）阻率、电容率（介电常数）、极化率等属性。广义的岩石电磁学性质包括岩石的磁性。岩石电阻率是用来表示岩石电阻特性的物理量，电容率（介电常数）为表征岩石极化性质的宏观物理量，极化率是描述岩石极化特性的参数，极化率和岩石的充电率密切相关。矿物的电性特征是岩石电性的影响因素之一，岩石的电性特征是被广泛应用于星球表层探测、地球内部结构研究、资源调查、工程、水文和环境勘察等领域的电法勘探的基础。岩石的电性特征主要研究电阻率以及它们的频率响应以及与温度、压力、氧逸度、含水量、结构、组分（包括黏土含量）等的关系。岩石的电导率随着导电矿物的含量、孔隙率、含水量、孔隙流体导电率及含量的增大而增大，岩石介电常数随着硅酸盐矿物含量的增大而降低，随着水含量的增大而增大。

按导电特性不同，矿物可分为导体、半导体和介电体。一些金属（如自然金、自然铜等）和石墨等属于导体（ρ≈10^-6～10^-5欧姆·米）。多数金属硫化物和金属氧化物属于半导体（ρ≈10^-6～10⁶欧姆·米）。绝大多数造岩矿物（石英、长石、云母等）属于介电体（ρ>10⁶欧姆·米）。

面极化系数和极化率是激发极化法所用的两个电性参数。含矿岩石的极化率要比不含矿的大得多。在结构构造相同的同类含矿岩石中，随着导电矿物体积含量的增加，极化率开始明显增大，渐趋于某一极大值。极化率在很大程度上还受结构构造的控制。此外，极化率还与温度和孔隙液含盐浓度等因素有关。

岩石的磁性参数包括磁化率、磁导率和剩磁三类。磁化率和磁导率都是表述岩石磁性的物理量，通俗地讲，是描述岩石在外磁场作用下被磁化的程度。剩磁指在不存在外部感应时岩石保留的磁化性质。岩石的磁性主要决定于组成岩石的磁性矿物的含量。磁性矿物的含量受岩石组分和成岩后地质作用过程的影响。按大类岩石分：辉石岩、橄榄岩、玄武岩等基性、超基性岩浆岩的磁性最强；变质岩次之；沉积岩最弱。基性、超基性岩中，蚀变岩石的磁性高于新鲜岩石。岩石和矿物的磁性与温度、压力有关系。顺磁性矿物的磁化率与温度的关系遵循居里定律。铁磁性矿物的居里温度一般为300～700℃，其磁化率一般随温度升高而增大（可达50%），至居里温度附近则迅速下降。岩石的磁化率和磁化强度值都随压力的增大而减小。

岩石的热学性质常用比热、热膨胀系数和导热率来描述。岩石的比热和热膨胀系数表示岩石的内能和体积随温度的变化情况。热导率表示岩石内部存在温度梯度（温差）时，热量从一点传递到另一点的速率。岩石的比热指单位质量在温度升高一个单位时所需的热量，包括定压比热和定容比热。岩石的热导率又称导热系数，指单位面积的岩石在单位长度间维持单位温差时，单位时间里所需的热量。在地球物理工作中常用的热学参数是热导率。大多数矿物的热导率都显示各向异性。岩石的热导率取决于组成岩石的矿物和固体颗粒间的介质如空气、水、石油等的绝热性质。孔隙度增高时热导率下降。温度和压力升高时，空气的热导率显著增大。岩石和矿物的热导率与温度、压力有关系。温度升高，热导率降低，压力升高，沉积岩的热导率增大。

岩石的放射性指岩石中天然放射性元素含量及种类的差异，以及在人工放射源激发下岩石核辐射特征的不同，是放射性地球物理的研究前提和基础。自然界中的岩、矿石均不同程度地具有一定的放射性，它们几乎全部是铀、钍、锕及钾的同位素⁴⁰K及其衰变产物引起。地球物理中研究中岩石的放射性以γ射线为主。γ射线通过物质时，也能产生电离作用。但在单位距离上所生成的离子对大约只有β射线的百分之一，而其穿透能力却胜过β射线的一百倍。在岩石和覆盖层中，γ射线一般能透过 0.5～1米，β射线能透过几毫米，而α射线只能穿透30微米。对岩浆岩而言，放射性核素的含量以酸性岩最高，并随岩石酸性的减弱而逐渐降低。对同一类型的岩浆岩而言，年代愈新，放射性核素含量愈高。在花岗岩侵入体内部，不同期次、不同相以及不同岩脉中放射性核素含量都有差异。沉积岩中放射性核素的含量取决于岩石中的泥质含量。此外，泥质沉积物中较多的钾矿物也导致放射性核素含量的增高。所以，尽管总的来说沉积岩比岩浆岩的放射性核素含量低，但在页岩、泥质砂岩和黏土中放射性核素含量还是很高。

岩石物理学的研究重点是与地质学、地球物理学、地球化学、石油工程、岩土工程、地热学和环境科学密切相关的岩石物理属性，因而岩石物理学既属于基础科学，又属于应用科学。岩石物理学的研究热点包括：岩石弹性波、声学特征和力学特征研究、储层岩石物理学研究、计算岩石物理学研究、地球深部物理环境及成因。此外，岩石电磁学、热学特征也是岩石物理研究的关注点之一。

除研究地球内部环境外，广义的岩石物理学一般分为地质尺度、岩体尺度、样品尺度（岩石尺度）和微观尺度四种研究尺度。窄义的岩石物理学主要指样品尺度（岩石尺度）和微观尺度两种研究尺度。岩石物理研究方法包括实验和数字方法两类。

岩石实验是岩石物理学研究的主要方法。岩石的性质是由两方面的因素确定的：岩石本身的性质和岩石结构的情况。进行实验的岩石样品应具备这样的条件: 它应包括大量的矿物颗粒，从宏观（统计上）来看，它的组成是均匀的，对于自然界中的岩体而言，它是具有代表性的。另一方面，为了排除诸如节理、劈理和断层的影响，岩石实验样品又应是足够的小，不包含有结构上的间断面。因此，一般选取岩石样品的尺度以样品可包括数十至数百个矿物品粒为宜，通常实验室中样品的大小为数厘米至数十厘米。

高温高压岩石物理学实验的基本想法就是将岩石样品放到与地球内部相似的高压高温环境中，研究在特定的环境状态（或环境状态变化）下岩石各种性质及岩石中发生的各种过程。

岩石物理学的应用非常广泛，主要体现在以下三个方面。

地球物理的特点和优势是通过非接触方式感知探测目标的物理参数。但地质研究和勘探的需求常常为探测对象物理化学组成和状态，岩石物理研究是实现观测参数和所反映的探测目标的物理化学组成和状态的重要手段。

岩石是地球物质的基本组成单位，既是地质作用的产物，又是地质过程的记录者。部分岩石物理信息记录重要的地质作用和过程，通过岩石物理研究可辅助恢复岩石经历的地质作用和过程，这方面最成功的领域是古地磁研究。

岩石物理是地球内部研究的重要手段，不仅可以通过高温高压实验模拟地球内部的物质组成和物理状态，还能通过假定条件模拟解释有关地球内部的观测信息。