天然气水合物，又称“固态甲烷”，常温常压下遇火发生燃烧，俗称“可燃冰”，是由水分子和气体分子在低温高压条件下形成的、具有笼状结构的似冰状结晶化合物。天然气水合物在沉积物孔隙中具有多种生长模式，主要包括孔隙填充型、颗粒承载型、胶结型和颗粒包裹型等4种，由于沉积物孔隙中天然气水合物晶粒的不同生长模式，从而也导致沉积物中的天然气水合物具有多种赋存模型。通常，海洋沉积物中观测到的天然气水合物赋存模型主要包括弥散型、结节型、脉状型和块状型。
自人类发现天然气水合物以来，大致可以将天然气水合物研究历程划分为实验室发现与管道防堵、资源勘查与钻探、试采与开发等3个阶段。
1．实验室发现与管道防堵阶段（1810年—20世纪60年代）
1810年英国科学家Davy在实验室首次发现天然气水合物，此后，科学家们在实验室人工合成了不同气体组分的天然气水合物。1934年，美国学者用实验确认了堵塞天然气管道的固体物质是天然气与水形成的天然气水合物而不是冰。20世纪60年代之前，伴随
美国石油天然气工业的发展，人们关注研究天然气水合物的组成、结构、相平衡和生成条件，研究主题是工业条件下天然气水合物的预报和清除、天然气水合物生成阻化剂的研究和应用。
2．资源勘查与钻探阶段（20世纪60年代—2001年）
20世纪60年代后，随着国际深海钻探计划（DSDP）和大洋钻探计划（ODP）的实施，先后在秘鲁陆坡、中美洲陆坡（哥斯达黎加、危地马拉、墨西哥）、美国东南大西洋海域、美洲西部太平洋海域、日本海域、阿拉斯加近海和墨西哥湾等海域，钻获了天然气水合物实物样品，证实了自然界中天然气水合物的存在。天然气水合物作为一种资源能源类型受到各国的广泛关注，世界各地科学家对天然气水合物的类型和物化性质、自然赋存和资源评价、勘探开发手段以及天然气水合物与全球变化和海洋地质灾害的关系等进行了广泛的研究。
3．天然气水合物试采与开发阶段（2001年至今）
进入21世纪以来，天然气水合物资源的开发利用提上了议程，先后在冻土区开展了加热法、降压法和二氧化碳置换法试采天然气水合物，并在海域开展了降压法试采天然气水合物，预测2030年前后有望实现天然气水合物的商业性开发。2002年，美国、日本、加拿大、德国、印度等多个国家合作在加拿大麦肯齐三角洲冻土区采用加热法首次进行了天然气水合物试验性开发，通过注入约80℃的钻探钻井液，成功地从埋深120Om的天然气水合物层中开采出甲烷气体；2008年，采用降压法在麦肯齐三角洲冻土区进行天然气水合物试采，为期6d（139h），天然气产量达到2000～4000m3/d，累计产量约为13000m3。2013年，日本利用“地球号”探测船在爱知县握美半岛附近海域，通过降压法进行了天然气水合物试采，为期6d，累计产气达120000m2。