地层自身的放射性是源于地下岩石中含有天然的放射性核素，主要是铀放射系、钍放射系和钾－40核素。那怎样测量地下岩石的自然放射性强度呢？这就是下面介绍的自然伽马测井技术。
自然伽马测井技术的原理非常简单，将携带伽马探测器的测井仪器放到井下，慢慢向地面提升，探测地层不同深度伽马射线的强度。这是一种较为简单且安全的测井方法，但其应用价值却很高！
1896年，贝可勒尔发现了自然放射性并因此获得了诺贝尔物理学奖。随后研究人员发明了伽马射线探测技术和探测仪器，1935年出现第一支自然伽马测井仪器，1939年自然伽马测井得到广泛应用，这是当时唯一的核测井方法。
在不同的岩石中，铀、钍、钾元素的含量不同，岩石的自然伽马放射性也就不同。岩石中铀、钍、钾元素含量高，放射出的自然伽马射线多，其自然伽马放射性强；相反，岩石中铀、钍、钾元素含量低，放射出的自然伽马射线少，其自然伽马放射性就弱。
既然测量的自然伽马是地层所有放射性元素的自然伽马总强度，那怎样去区分地层的铀、钍、钾各自的放射性强度，或者说它们各自的含量呢？这时候自然伽马能谱测井就发挥作用了。研究人员将进入探测器的自然伽马射线按照能量高低依次记录下来，绘制成自然伽马计数与能量变化关系图，即自然伽马能谱图。然后依据铀、钍、钾各自的特征能谱进行层层剥离，就能得到铀、钍、钾各自的含量了！
从整个能谱中求取各个单一组分含量的过程称为解谱。举个简单的例子，就像人类按照性别可以分为男性与女性，此时由男性与女性组成的总人口就类似于测量的自然伽马能谱。如果想知道男性、女性分别在总人口中的比例，那么根据男性、女性的外观特征对总人口进行划分，那么便能知道男性、女性在总人口中的占比了，这类似于自然伽马能谱的解谱过程。
就像铁会被磁铁吸附一样，地下的铀、钍、钾元素易被黏土矿物等小颗粒物质吸附，因此，岩石中黏土矿物含量越高，岩石的自然伽马放射性就越强。因此，泥岩、页岩等黏土矿物含量高的岩石自然伽马放射性强；而砂岩、石灰岩、白云岩等黏土矿物含量低的纯岩石自然伽马放射性弱。
一般来说，泥岩层富含有机质，是良好的生油地层，但由于它的孔隙较小，赋存的油气含量较少，开采难度大。油气在泥岩层中产生后，会向含泥比较少、孔隙度比较高的砂岩、石灰岩、白云岩运移。
在这样的情况下，通过自然伽马测井仪可得到一条随深度变化的指示岩石自然伽马放射性强弱的曲线。测井解释员从自然伽马曲线可以找出放射性强度较弱的地层即为地下有可能赋存油气的储层。随着石油勘探开发技术的进步，目前认为有的页岩地层也能够“自生自储”，即页岩地层自己产生油气，自己储存油气，虽然其自然伽马放射性很强，但也能作为良好的储层。