早期采用光点式地震仪在调查船（见图）行进中采集数据，其后由于多次覆盖技术的出现和数据的重复处理，导致了震源、接收和记录装置的更新，以模拟磁带地震仪取代光点式地震仪，并普遍采用非炸药震源（压缩空气枪、电火花震源），用漂浮组合电缆在水下接收。20世纪60年代开始用地震声学浮标和双船地震测量技术接收深部的折射波和广角反射波，研究地壳的深部结构。

挪威卑尔根港多肯码头的海洋天狼星号地震研究勘测船

随着电子计算机和计算技术的发展，20世纪70年代初数字地震仪逐步代替模拟磁带地震仪，由于采用多次覆盖技术和覆盖次数的增加，使水下接收装置由24道发展到96道，从而也相应要求提高震源的能量与效率。数字处理技术的不断完善提高了地震信息的利用率（地震波动力学特点），并促使地震地层学和直接找油的烃类检测技术的建立。80年代之后，海洋地震向高的接收道数（240）和震源的大容量发展，能获取深部地震信息；在局部地区的测量中使用三维地震技术详细研究含油气构造，提高了找油的命中率。

地球是一个非均质弹性体，当发生地震或人工爆炸时，一部分能量以弹性波动的形式向四周传播出去，地震波在传播中遇到弹性不同的介质分界面时，一部分能量反射回到原来的介质中，形成反射波；一部分能量透过界面继续向前传播形成透过波（相当于光学中的折射波）。当入射角大于临界角的反射波称广角反射波。当界面下层的波速大于上层波速，且当入射角达到临界角时，透过波将沿界面滑行称首波，或滑行波，又引起界面上部地层质点振动并返回地面，这种波称为折射波。地震波在传播过程中，质点振动所存在的空间范围和传播时间的关系称为波的运动学特点，而波的振幅、频率、波形等的变化称为波的动力学特点，波的这些特点受地层的岩性、结构和厚薄的影响，是地震资料解释的依据。

通常将人工地震测量分为反射波法和折射波法两大类，反射波法应用最广泛。采用多次覆盖技术的多道连续地震剖面测量，是查明海底沉积层构造、寻找油气资源的首要手段（见地震反射波法）；浅层高分辨率反射波法可用于了解海底地形、疏松沉积和基底。用折射波法和广角反射波法，包括单船加声学浮标和多船（双船、三船）几种作业形式，是探测海洋地壳深部构造和结构的主要方法（见地震折射波法）。此外，利用海底地震仪（Ocean Bottom Seismographs，OBS）记录天然地震纵横体波和微震来研究大范围内的地壳结构及其活动性的方法称为海底地震观测。