原子核是由人们十分熟知的两种微观粒子——质子和中子组成。有趣的是，人们发现在稳定核素的原子核中，因为中子和质子紧紧抱在一起，原子核比较稳定，不容易被打散。但是中子一旦脱离原子核成为自由中子，就会很快产生衰变。这也就是说，中子有没有被束缚在原子核内，其命运截然不同。
一般来说，与中子不同，质子的状态就非常稳定。比如，在原子核外，自由的质子可以非常稳定地保存很多年；而自由的中子却只能存在大约15分钟左右，在经过短暂的固定状态后，中子就会衰变成质子、电子和反中微子。
热中子在产生后直到被原子核俘获的整个过程中，所用的时间就是热中子寿命，它取决于原子核俘获热中子能力的大小。在石油测井中，热中子是怎么产生的呢？快中子进入地层后，经过与不同物质的原子核多次碰撞，能量不断降低，当能量变为0．025电子伏时就成为热中子，这一过程也是快中子的减速过程。
那么快中子减速为热中子之后会发生什么作用呢？当热中子在地层迁移时，会像气体分子一样到处扩散，从中子密度大的区域向中子密度小的区域扩散，在扩散过程中会因与地层原子核发生俘获而消失。所谓热中子被俘获，指的是热中子会与地层原子核进行结合，同时会释放出具有强大能量的伽马射线。
由于每一种元素俘获热中子的能力是不一样的，故热中子停留在化合物中的寿命也不尽相同。例如，热中子在石英中最为长寿，寿命可高达1070微秒，而在淡水中仅为205微秒，在原油中和在淡水中的寿命相近。另外，一个氯原子俘获热中子的能力几乎是氢原子的100倍，假设水中溶有大量氯化钠，换句话说，也就是热中子如果处于矿化度很高的水中时，寿命会比在原油中短得多。
那么，该如何利用中子这把钥匙来判断孔隙中含有的流体类型呢？中子寿命测井给出了答案。简单来说，中子寿命测井探测的是热中子被原子核俘获后放出的伽马射线强度，伽马射线强度的衰减速率能够反映探测范围内热中子数的衰减速率，经数据处理可得到地层的热中子寿命。
正如前面所说，每种元素俘获热中子的能力是不同的，在不同地层条件下，热中子的“存活时间”也就是寿命是不同的，因此，通过得到的地层热中子寿命便可判断地层中的流体类型。在中子寿命测井中常用地层宏观俘获截面来评价地层油气水特性，它与热中子寿命存在倒数关系，一般情况下气的宏观俘获截面为0～12cu，油的宏观俘获截面为18～22cu，而淡水宏观俘获截面为22．2cu，随着地层水矿化度的增加而增加，这是因为氯元素俘获热中子的能力远远大于其他地层元素，而地层中水的含量以及矿化度又常与氯离子含量有关。
地层宏观俘获截面指的是单位体积内所有原子核与热中子发生辐射俘获反应的总的概率，与岩石密度、质量数、元素微观截面等参数有关，单位为厘米－1。实际应用中这个单位太大，常把它的千分之一定义为一个俘获截面单位，用cu来表示。
利用得到的中子寿命可在套管井中识别地层中的油、气和水，同时还可以利用测量宏观俘获截面和伽马计数比来定量计算含气饱和度。中子寿命测井已成为套管井中一种广泛应用的剩余油气动态监测技术，为油气高效勘探开发发挥了重要作用。