很多人对医院拍“X光片”并不陌生。X光片的原理很简单，是用一种叫X射线的光线照射人体，由于人体内不同部位的物质密度不同，对这种射线的吸收能力也不同，对透过人体的X射线经过一系列的处理后，一张X光片就成功完成了。以人的手掌为例，骨头处密度较大，而皮肤和肌肉密度相对较小，通过X光片就能很容易地区分出来。
那么能否像测量骨头的密度一样，去测量地层的密度呢？这里说的可不是在实验室中简单地用称重法进行密度测量，而是考虑如何在位于地下几千米的井中测得岩石密度。毫无疑问，借助特定的测井仪器，是可以做到的。
了解了医院里用X光给人体进行成像的原理，这个时候可以大胆想象，能不能把测量密度的这一套实验装置搬到地下测量地层的密度呢？答案是肯定的，其实，这就是地层密度测井最通俗的说法。当然，研究对象和研究目标变了，比如研究对象由人体变成了岩石，射线辐射对人体健康的影响将不再是考虑的重点，因而可将医用的X射线变为穿透力更强的伽马射线，以达到“尽可能探得远”的目的。用来测量地层密度的仪器主要有补偿密度测井仪和岩性密度测井仪，其基本原理都是将一个或多个“伽马射线发射器”和“伽马射线接收器”放在测井仪器上，置于地下，测量与地层作用后的散射伽马射线强度，进而得到地层的密度。
拿岩性密度测井举例，它的仪器测量系统由一个铯－137伽马放射源（一种同位素放射源，可持续放出单能伽马射线）和两个不同位置的伽马探测器组成（多为闪烁晶体探测器）。测井时，岩性密度测井仪被推靠到井壁一侧进行测量，这样做一方面可以减小井眼内钻井液对测量结果的影响，同时也增大了地层的贡献，可谓是一举两得，提高了测量精度！
在井下测量的过程中，铯－137伽马放射源会向地层中源源不断发射能量为0．662兆电子伏的伽马射线，上部的伽马探测器和下部的伽马探测器由于距离放射源的位置不同，因而可以分别探测不同范围内与地层作用后的散射伽马射线，将其分别记录下来，再经过一系列处理就可得到地层的密度。
那伽马射线是怎么和地层相互作用的呢？原来，伽马射线与地层原子核外电子作用后，要么受原子核的电磁作用而被“吃掉”，要么与核外电子相碰后改变运动方向，伽马射线能量降低，这就是核物理中的“光电效应”和“康普顿散射”（伽马光子与原子的核外电子发生非弹性碰撞，一部分能量转移给电子，使它脱离原子成为反冲电子，而散射光子的能量和运动方向发生变化的过程）。
简单来说，密度测井的基本原理在于：伽马射线能量被地层散射变成低能伽马射线的概率与地层的密度成正比，地层密度越大，伽马射线能量被地层散射变成低能伽马射线的概率就越高，探测器探测到的伽马射线强度就越小，这样就可以根据探测到的散射伽马射线来确定井下地层岩石的密度了。
密度测井是利用伽马射线探测器测量到的散射伽马射线谱来确定地层密度的。那么这些伽马射线谱中到底蕴藏着什么信息呢？又如何将这些信息提取出来进而确定地层密度呢？伽马射线与地层作用之后能量降低，测量得到的就是不同能量的伽马射线的数量，形成了伽马射线能谱图。伽马能谱在0．1兆电子伏附近计数最高，像一座山峰一样将伽马能谱分成两部分，分界点的右边记录到的伽马射线计数的变化主要反映地层密度的变化，地层密度越高，探测器测量记录到的伽马射线就越少；分界点的左边记录到的伽马射线计数也与密度有一定的关系，但对组成地层的岩石矿物类型更加敏感。不同的岩石矿物与伽马光子发生光电效应的能力不同，所以这一谱段多用于识别地层的岩石组成。
另外，考虑到实际情况，在井中测量时地层和仪器之间有一层滤饼，影响测量结果的精确度。为解决这个问题，研究人员用长短两个不同源距的探测器测量不同探测范围内地层与滤饼的组合，并用适当的计算方法消除滤饼的影响。总的来说，密度测井通过测量散射伽马射线谱，可得到井下地层岩石随深度变化的密度曲线和质量光电吸收截面曲线。利用测量的密度可以计算井下地层岩石的孔隙度参数，将密度和质量光电吸收截面指数结合可以识别岩性。