一般来说，井下油、气、水层均为高压层，为了防止井下高压油气水侵入井筒发生井涌，甚至发生井喷，造成不可控制的钻井复杂甚至事故，常规钻井常常采用过平衡钻井，即钻井液密度的确定一般是以裸眼井段最高的地层孔隙压力梯度为基准，再增加一个附加值。20世纪50年代，随着技术与装备的进步，以空气钻井为先锋，形成了欠平衡钻井技术。欠平衡钻井技术是指井筒环空中循环介质的井底压力低于地层孔隙压力，允许地层流体有控制地进入井筒，并将其循环到地面进行有效处理的钻井技术。其技术优势与作用包括：勘探方面对低压、复杂岩性、水敏性、裂缝性等类储层可提高油气发现；开发方面通过有效地保护储层，可提高单井产量，降低开发综合成本；钻井工程方面可以显著提高钻速达十几倍之多，减少或抑制井漏与压差卡钻等复杂发生。
欠平衡钻井技术可以分为常规低密度钻井液欠平衡钻井（包括水基、油基钻井液钻井）、气液两相欠平衡钻井（包括雾化、泡沫、充气钻井液钻井）和气基钻井流体欠平衡钻井（包括空气、氮气、天然气钻井）。
常规低密度钻井液欠平衡钻井需要采用专用压力控制装置，主要包括旋转防喷器及其控制系统、节流管汇及控制系统、多相分离装置（主要有液气分离器、油水分离系统、四相密闭分离装置等）、自动点火燃烧系统、防回火阀、防爆配电照明动力系统、安全与监控系统（主要有钻井液液面报警仪、可燃气体报警仪、二氧化碳报警仪、硫化氢报警仪、风机、正压式呼吸器等）等。对于气液两相欠平衡钻井和气基钻井流体欠平衡钻井，还要增加雾化泵、泡沫发生器、空压机、增压机、膜制氮机、空气震击器、空气减振器、空气锤、空气螺杆等。如果是全过程欠平衡钻井还要增加套管阀，或者不压井起下钻装置等。
气体钻井能够将钻井作业压差控制在最低程度，有效提高钻井速度，并降低钻井作业对储层的伤害，对低压油气层起到保护，而且在钻穿漏层的过程中也能发挥防漏治漏、安全作业的作用。在气体钻井过程中，气测录井异常，经综合判断钻入含气层段，由于空气钻井有井下燃爆的风险，所以，一旦气测录井异常，要采用氮气钻井（惰性气体，没有井下燃爆的问题）或者常规钻井液钻井。空气钻井过程中，若判断地层已出水，增大注气排量至设计最大值，仍不能有效解决出水问题，要转化为雾化钻井，水量再加大要转为泡沫钻井或者充气钻井。雾化钻井用于地层少量出水（小于2立方米/时）且井壁稳定的地层；泡沫钻井用于地层出水量较大（2～5立方米/时）且井壁稳定的地层；充气钻井用于地层出水量较大且井壁稳定的地层。
欠平衡钻井时，井口返出来的流体是带压的。这些流体先经过节流管汇，我们通过调节节流阀的大小来控制井底压力。接着，流体进入液气分离器把气分出来烧掉，液体再进油水分离器把油和钻井液分开，干净的钻井液送回泥浆罐循环，油则收到储油罐里。实际操作中，气井一般不出油，就不用油水分离那套设备；油井一般不出气，也就不需要液气分离器，这样能省不少事和钱。另外，有些井虽然按欠平衡设计的，但如果钻的时候根本没见到气，那就没必要非得走欠平衡的循环路线，改成常规路线就行，旋转防喷器也可以敞着，免得把里面的胶心磨坏了。