为提高地震反射波的能量及信噪比，通常需要把通过多次覆盖观测所获得的地震记录进行同相叠加，一般将其称为水平叠加成像，简称水平叠加。在水平叠加这一术语中，“叠加”是求和的意思；“水平”有两个含义：一是所有地震道都已被校正到了同一水平面上，二是叠加是在水平方向上进行的。因此，水平叠加的定义是把经过处理的共反射点（或共中心点）道集内各地震道上具有相同传播时间的采样点振幅求和，形成一个新地震道，并将该地震道作为该反射点（或共中心点）处的地震响应。
根据地震资料采集中覆盖次数的不同，理论上水平叠加可使地震波的能量呈数十倍或上百倍增加，但这依赖于地震道的数量及地震道的相位是否相同或相近。也就是说，要对叠前地震道集进行水平叠加，首先需要对共反射点道集或共中心点道集中的所有地震道进行静校正、动校正等处理，使其变成自激自收形式的地震波，使各地震道彼此之间不存在相位差或相位差很小，然后对各地震道进行同相叠加，这无疑会使地震波的能量得到增强。这种处理方式与“人心齐泰山移”“人多力量大”“柴多火焰高”等成语所表达的意思是类似的。当然，单纯地增强地震波能量并不是水平叠加的唯一目的，更重要的意义在于压制干扰波并提高地震资料的信噪比。
一次反射波的视传播速度低，故在动校正中用一次反射波的传播速度对叠前地震道集进行时差校正后，多次波仍会存在剩余时差（即多次波没有像一次波一样被校正到位而存在相位差）。这些剩余时差有大有小、有正有负，呈现一定的随机性，经水平叠加后有效波的能量得到了增强，而多次波的能量会因相互抵消而减小。有效波与多次波的能量比变大，也就相当于压制了多次波。基于同样的原理，其他类型的规则干扰波和随机干扰波也能通过水平叠加得以消除或压制。
水平叠加处理只有在共反射点道集内各地震道相位相同或基本一致时才会取得良好效果。当地层水平或倾角较小时，从野外采集所获得的地震记录很容易满足这一条件，叠前地震道集不经偏移归位处理也能获得较好的叠加效果。但当地层倾角较大或地震反射界面弯曲程度较大时，地震波的散射所导致的成像点错位现象严重，需要采用偏移归位方法对叠前地震记录进行校正，才能获得令人满意的地震成像效果。实际上，除偏移归位外，前述静校正、动校正、噪声压制、地层吸收补偿、反褶积等一系列处理手段在一定程度上也是为了改善叠加前地震道集的同相性所采取的处理措施。一旦叠前地震道集中各地震道的相位特征在水平方向上变得一致，即可对叠前地震道集进行水平叠加处理，形成能够直观反映地下构造形态的叠后地震数据体。
水平叠加的实现方法很多，目前最常用的两种方法是常规水平叠加法和
自适应加权叠加法，它们的主要区别在于叠加时每个地震道的权系数是否相等。常规水平叠加法是目前应用范围最广的一种方法，其基本原理是利用速度谱分析技术得到动校正速度，对共中心点道集进行时差校正（动校正），消除炮检距的影响，减小反射波同相轴畸变，使得同一道集中来自地下同一反射点的地震信号时间达到一致，然后对具有相同相位的各地震道沿水平方向进行等权叠加。虽然等权叠加运算简单，但当参与叠加的地震道的质量差异较大或某些地震道的信噪比极低时，这种叠加方法难以取得理想的叠加效果。于是自适应加权叠加法被提出。与常规水平叠加法不同的是，自适应加权叠加法可以依据地震道在空间和时间上的质量差异来控制参与叠加地震道的权系数，质量好的地震道的权系数大，质量差的地震道的权系数小。通过这种方法可更好地提升水平叠加效果。
一般情况下，水平叠加是地震资料处理的最后一个步骤，也是形成叠后地震数据的唯一途径，叠前地震道集只有经过水平叠加才能变成高信噪比的叠后地震数据，才能直观地表达地质构造的形态。当完成水平叠加处理后，地震资料处理的整个过程就结束了，地震勘探将从地震资料处理环节进入地震资料解释环节，以经过水平叠加所形成的叠后地震数据为基础开展构造解释、储层描述和流体预测，最终实现寻找油气藏的目的。