钻头是钻进中最重要的工具。“工欲善其事，必先利其器”。钻头的不断改进促进了钻井技术的发展。钻井初期使用的是刮刀钻头，这种钻头靠刮刀片在地层上硬刮实现钻进，比较适合在松软地层上使用，但遇到较硬或不均匀的地层，因刀片吃入地层不稳定，往往会发生跳钻和蹩钻，对钻柱的损伤很大，因扭矩过大经常发生钻杆折断和钻具粘扣等事故。另外，这种钻头的底部外缘极易磨损，使井眼的直径上大下小，俗称“塔式井眼”。井径不能保持一致，给钻进和井眼质量造成不良的后果。
由于刮刀钻头的局限性太大，不能满足钻井工艺和地层多种变化的要求，于是出现了牙轮钻头。这种钻头把刮刀钻头切削层的刀片改进成可以滚动切削地层的牙轮，实现了切削方式的重大变革，从而使钻压加在牙轮齿尖的压力加大，滚动切削使钻柱承受的扭矩变小。由于钻头牙齿吃入地层加深，钻柱的转数加快，再配合适当的钻井液排量，钻井速度比刮刀钻头快得多。加之这种钻头对地层的软、中、硬有较大的适应能力，因而在钻井中得到广泛的使用。但是，随着石油勘探和开发要求钻井有更快的速度，牙轮钻头也逐渐暴露出一些弱点，主要有：①一种牙齿类型的钻头，譬如适用于软地层的大牙齿钻头在中硬和硬地层中就不适用；②牙轮轴承的润滑不能始终保持一致钻头使用一段时间后，轴承内部往往混入固体颗粒，轴承因润滑不良造成过早地磨损；③牙轮外缘使用一段时间后，因磨损而使井径变小，往往增加了新钻头下到井底前的划眼工作。所以一只牙轮钻头平均只能工作几十个小时和钻进几百米的能力。针对牙轮钻头的弱点和对地层岩性和可钻性的研究，创造出一种新型的钻头聚晶金刚石复合片钻头（PDC，Polycrystallinediamondcompact），俗称“西瓜皮”钻头。这种钻头利用喷嘴的科学布局，使钻头在软泥岩钻进中不被泥包，在硬地层中金刚石又能起到“硬碰硬”的作用，而西瓜状的外形可保持钻出井眼的井径一致。PDC钻头取消了轴承，使钻头的寿命延长，钻速加快，一只钻头可钻完一个钻程，达到千米以上；机械钻速也成倍提高，一般可达15米/小时以上，大大节约了起下钻时间，提高了钻井效率。
钻头除用来钻开地层外，还用来取岩心，扩大井眼，侧钻和钻水泥塞等作业。