海洋油气勘探离不开物探船舶。物探船作业时，船向前方行驶，船后放出多条电缆。一根电缆能扫描100米左右宽的带状水面的回波信号，电缆之间相距约100米，形成覆盖宽千米、长数千米的海区。物探船上配备有震源系统，作业时通过高压空气激发气枪，在水中产生地震波，传到海底后，不同的地质构造会反射出不同的反射波。这些反射回来的地震波有早有晚，回来早的地震波是浅地层的反射，回来晚的地震波表示穿透了更加深的地层。物探船上由电缆和检波器组成的信息采集系统接收反射回来的地震波。最后通过专业软件的分析与处理形成三维地震资料图，分析判断地层和油气资源的分布情况，为后续油气资源开发提供依据。
物探船最多能一次拖带几根电缆作业，所以被称为几缆物探船（主流船型有8缆、12缆及16缆物探船）。一般而言，物探船一次性拖带电缆的数量越多，所能采集到的数据越详细具体。大型物探船采集电缆数量一般在12根以上，最大可达22～24缆，每根电缆长度为6000～12000米。
按采集方式有二维物探船和三维物探船。由于早期物探船作业电缆数量较少，只能采集到某一个地下垂直面或横面的数据，因此只能绘制二维平面图谱，不能形成三维地质图，这类物探船被称为二维物探船。随着技术的发展，物探船拖曳的电缆数量与日俱增，检测到的数据也越来越具体，能够瞬间记录到大量、多行地震数据，经专业软件处理形成三维地质概貌图，这类物探船被称为三维物探船。
物探船的物探作业系统是全船设计的核心，主要包括震源系统、信号采集系统以及与之相匹配的物探设备收放系统等。
（1）震源系统：震源系统是指物探作业中制造地震波的设备，主要包括震源空压机、高压空气系统、高压气枪阵列、地震激发装置等。近年来，随着物探震源设备的不断发展，高压枪阵中的气枪从2排14枪发展到6排40枪甚至更多。
（2）信号采集系统（电缆系统）：信号采集系统是海洋石油勘探最为核心的装备。主要采用拖曳等浮电缆（内置检波器）的方式接收地震波信号，并通过各类水鸟控制等浮电缆姿态与位置实现对地震数据的采集、转换和处理，最终形成地质剖面图。高效的物探船可拖动20根以上、间距50～100米的等浮电缆。
（3）物探设备收放系统：物探设备收放系统主要包括数字地震电缆收放系统、扩展器收放系统及震源收放系统。其中，数字地震电缆收放系统主要由电缆收放绞车（含排缆器）、电缆存储绞车、电缆拖点、尾标吊机、扩展绳绞车等设备组成；扩展器收放系统主要由扩展器牵引绳绞车和扩展器收放装置组成；震源收放系统主要由炮缆绞车、枪阵收放绞车、枪阵存储绞车等组成。
随着世界各国进入深海勘探，我国也不甘落后，随着“海洋石油708”“海洋石油720”“海洋石油721”和“海洋石油760”等大型深水物探船的陆续下水，填补了我国在建造深水物探船领域的空白。2003年至今我国已经打造10余艘可在深海区域工作的先进海上物探船，如“海洋石油720”深水物探船是亚洲首艘最新一代三维地震物探船，是中国自主建造的第一艘大型深水物探船，是中国设计和建造的第一艘满足PSPC（《所有类型船舶专用海水压载舱和散货船双舷侧处所保护涂层性能标准》）的海洋工程船，是一艘由电推进系统驱动、可航行于全球I类无限航区的12缆双震源大型物探船，为物探船主流技术的代表。