天然地电场由大地电场和自然电场所组成。前者主要是地球高层大气中的各种电流体系在地球内部所产生的感应电场，后者是地壳中的某些物理、化学作用引起的电场。大地电场的变化可分为两类：一类是地电场的平静变化，另一类是地电场的干扰变化。平静变化是连续出现的，具有确定的周期性；干扰变化是偶然发生的，如高频地电变化、地电脉动、地电湾扰、扰日地电日变化、地电暴等。自然电场包括电子导电矿体的自然电场，以及由于水在岩石孔隙中的流动而形成的过滤电场和两种浓度不同的溶液相接触时而产生的扩散电场。

1830年，英国P.福克斯首先在黄铜矿上观察到自然电场。但由于当时科学水平的限制，他未能认识这种电场的本质。1847年，W.H.巴洛从英国的电话线中最先发现了大地电流。1859年伴随大磁暴发生了强烈的极光和地电流，地电流破坏了许多通信工作。从此，地电流观测被通信部门所重视。1865年，在英国的格林尼治天文台上，建立了第一个地电观测点。1889年，A.舒斯特首先尝试用地球电磁场的日变化来确定地球深部的电性。20世纪20年代，地电场被用于勘探有用矿床。1936年，O.H.吉什和W.J.鲁尼在总结长期观测资料的基础上，绘制出第一幅世界时18时的全球电流涡旋线分布图。1950年苏联的A.N.吉洪诺夫提出了利用单点测量大地电磁场的方法探测地球内部物质电性的初步设想。吉洪诺夫和法国的L.卡尼亚尔分别独立推导出大地电磁测深的视电阻率公式。60年代以后，利用地球的交变电磁场探测地球电性的工作越来越多。

分台站观测和野外观测两种。台站观测的主要目的是研究地电场随时间变化的特征。为消除干扰，台址应选择在地势平坦、地下构造均匀、远离工矿区和河流湖泊的地段。测量电极一般由铅、氧化铁或镀镉的铁制成。电极的埋深为1～2米，电极间的距离由几百米到几千米。布极方向通常取东西和南北两个方向。电极间的电位差可以用配有光放大系统的高灵敏度检流计自动拍照下来，也可以用高输入阻抗的电子电位差计自动记录。利用测得的资料算出时均值和日均值，以供研究地电场的日变化和长期变化用。野外观察的目的是研究地电场的空间分布特征，以供绘制地质图或找矿用。