当地下地层是水平的或接近水平时，经过前述一系列处理后的地震波可真实地反映地层位置和形态。但现实中大部分地层是倾斜的或起伏不平的，地震波所反映的地层界面位置和形态与实际情况会出现偏差。这种现象与将筷子放入水中发生折射有点类似。
地球物理学家们早在20世纪20年代就已经发现了倾斜地层会引起地震成像错位与扭曲的现象，后来进一步认识到这种现象是由于地震勘探条件不满足水平层状介质假设造成的。由于真实的地层界面是崎岖不平的，地层中的岩性和物性是各向异性的，这不但使地震响应产生扭曲，而且在地震波从激发点传播到接收点过程中还要经历各种艰难险阻，使地震波的传播路径与按照水平层状介质假设所预想的结果不一致，从而产生成像假象。
受地层倾斜及各向异性影响，以上所述地震成像扭曲现象普遍存在。如果不对这种现象进行校正，所获得的地质构造特征就会不准确，基于这样的地震资料所部署的井位可能就会落空。因此，为了使地震资料能够准确进行地质成像，需要基于地震波传播规律对地震波的传播路径、传播时间、能量等参数进行校正，恢复地震波的“真面目”，消除倾斜地层及各向异性对地震波成像的影响，使之满足水平层状介质假设条件，最终使得地震波能够反映地下地层反射界面的真实形态和位置。从本质上来说，这是一个将真实的非水平层状介质条件下的地震波校正到理想的（或假想的）水平层状介质条件下的地震波的处理过程。通常将这一过程称为地震偏移归位，简称地震偏移或偏移归位。
地震偏移既可在叠前进行，也可在叠后进行，前者称叠前偏移，后者称叠后偏移。此外，根据地震偏移对速度模型的域类型的要求不同，可将地震偏移划分为时间偏移和深度偏移。时间偏移指在时间域进行的偏移，所使用的速度模型和偏移后的地震数据是时间域的；深度偏移指在深度域进行的偏移，所使用的速度模型和偏移后的地震数据是深度域的。除以上分类方法外，还可以对以上两种分类方法进行组合，进一步把地震偏移划分为叠后时间偏移、叠后深度偏移、叠前时间偏移和叠前深度偏移等4种类型。
不同的地震偏移方法所依据的假设条件不同，所解决的地质问题也不同。叠后偏移是在水平叠加处理基础上进行的，针对水平叠加成像存在的倾斜反射层不能正确归位和绕射波不能收敛等问题，但仅适用于水平层状介质和倾斜层状介质成像。
与叠后偏移不同，叠前偏移直接对共激发点道集或共中心点道集进行偏移，适用于多组交叉倾斜反射波偏移成像、复杂地质体成像和各种非双曲线正常时差条件下的成像。由于叠前地震道集数据量比叠后地震数据量大得多（通常差1～2个数量级），因而其运算量及复杂度显著高于叠后偏移，必须依赖于高性能计算机才能实现。既然叠后偏移可以实现反射波归位，那为什么还要花费更大的成本来进行叠前偏移呢？这是因为原始地震波经叠加后，那些携带有地震波传播特征的很多信息已经消失了，且静校正、动校正、叠加等处理参数不准确还会带来误差，地震成像效果欠佳。与叠后偏移相比，叠前偏移可消除水平叠加过程中速度不准确所带来的影响，消除水平叠加过程中的“倾角歧视”现象（在水平叠加过程中，来自倾斜地层界面上的地震反射波会得到削弱），提高地震资料的分辨率，使陡倾角地层界面和断层面得到增强。此外，由于在偏移过程中考虑了地震波的波动特征，还可根据地震波传播规律对地震波进行吸收衰减补偿，使偏移后的地震资料的动力学特征更加明显，地震资料的保真度也得到了明显提高。
在20世纪50年代以前，地震偏移是通过人工绘图方式在叠后地震剖面上粗略地标记出地层背斜高点等少量反射点的真实位置实现的。由于技术上的限制，地震偏移的效果很差。60年代，基于计算机的数字化波动方程偏
移技术被提出，尝试基于能描述波前面、绕射等现象的惠更斯原理进行地震波偏移归位，但早期的方法多是定性的和概念性的，偏移精度不高。70年代，美国地球物理学家克莱伯特（JonF．Claerbout）首先提出了利用有限差分算法求解单程波动方程的近似公式，并将其用于重建地震波在地下传播过程中的波场，使基于波动方程的地震偏移技术走向实用化。后来，地球物理学家弗伦克（W．S．French）和施耐德（W．A．Schneider）等人提出了求解波动方程的克希霍夫（Kirchhoff）积分公式，形成了波动方程积分法偏移技术，使绕射偏移建立在可靠的理论基础上，取得了良好的效果。到了70年代后期，地球物理学家斯托尔特（R．H．Stolt）和加兹达格（J．Gazdag）等人提出了频率—波数域波动方程求解方法。该方法计算简单，效率高，很快得到了推广。21世纪以来，地震偏移方法得到了进一步发展，高斯束偏移、逆时偏移、各向异性偏移、黏弹性介质偏移等新技术被提出，进一步提高了地震成像的精度。经过半个多世纪的发展，作为恢复地下复杂构造、陡倾地层等真实地质构造形态和准确位置的唯一有效途径的地震偏移技术已获得了长足进步，目前已成为地下复杂构造和复杂油气藏成像的常规方法，并成为衡量地震资料处理技术先进性的一个重要指标。