古代人类只能通过油苗、气苗这种自然现象被动地意识到石油的存在，并不具备主动寻找石油的动力和能力。只有当人类文明发展到一定程度并充分意识到石油的重要性后，主动寻找石油才具有必要性和可行性。像《梦溪笔谈》中所描述的那样，人类最早认识和发现石油是出露于地表的油苗、气苗及其衍生物——沥青。石油和天然气出露到地表后，或汇流成油沟，或汇聚成油湖，或因风吹日晒导致石油中的很多成分挥发殆尽，留下不易挥发的沥青和石蜡等物质。
关于人类主动寻找石油的记载可上溯至在公元前5世纪左右。在19世纪40年代以前的数千年间，人们主要通过寻找位于地表或泉水中的油苗、气苗等方式寻找石油。这是一种最原始、最朴素，也是最直观的找油方法，古今中外都一样。在中国，克拉玛依油田就是因其附近有“黑油山”而引起关注并投入钻探后发现的；独山子油田则因有含油气的泥水长期溢流而成的“泥火山”著称；玉门油田旁有“石油沟”；延长油矿内有多处油苗出露；四川地区存在很多气苗且可以燃烧，被用于熬盐；青海有些与“油”有关的地名，如“油砂山”“油泉子”等是现代的石油勘探队员们在野外踏勘时为标记发现油苗的地点而取的名字。由此可见，油苗的存在不仅为古人寻找石油提供指示，而且在现代找油活动中也占有一席之地。
尽管受地球内部压力的影响，储藏在地下岩石中的少量石油和天然气可能会沿着地层中的裂缝渗透到地表而容易被发现，但与地下的总油气储量相比，不过是九牛一毛，更多的石油和天然气则隐匿于地下。虽然通过出露到地表的油苗可以找到一些石油，但毕竟是杯水车薪。这就需要通过某些技术手段在茫茫大地上寻找石油，用专业术语说就是石油勘探。
石油勘探指为了寻找和查明油气资源而利用各种勘探手段了解地下的地质特征，分析生油、储油、油气运移、聚集、保存等条件，综合评价含油气远景，确定油气聚集的有利地区，识别油气圈闭，探明油气田面积及储量的过程。根据石油勘探技术的性质与方式不同，历史上主要的石油勘探方法可划分为地质调查法、直接钻探法、地球物理法、地球化学法等类型。
在20世纪初甚至更晚一些时间，人们主要通过地质调查法寻找石油，就像医生通过观察人的体表特征来为病人诊断病情一样，地质工作者身背地质包，手拿地质锤、罗盘和放大镜，翻山越岭，跋山涉水，在野外观察地层露头、采集岩石标本。通过野外地质调查，可识别地层、沉积、构造等地质特征，寻找从地下沿地层断裂渗透到地表的油苗、气苗、泥火山及油气挥发后的残留物等。根据这些与油气有关的蛛丝马迹推测地下岩层的物性特征和含流体特征。实际上，在很多情况下石油地质调查的目的是寻找油气苗，因而有时又被称为油气苗法。
20世纪初，在新疆准噶尔盆地西北缘，据传有一位叫赛里木的老人，赶着驴车在茫茫戈壁中行走，意外发现了一个叫“黑油山”的小山丘上分布着十多处泉眼，这些泉眼缓慢地往外涌流着黑色的、黏稠的液体，把附近地面上的砂石都染黑了。
20世纪50年代初，正在准噶尔盆地进行石油勘探的地质和地球物理专家在赛里木的指引下找到了这个地方，并进行了较详细的地质调查，由此揭开了克拉玛依油田的神秘面纱。通过参考各种地质资料并经深入研究后认为，黑油山上的油苗及其所堆积形成的油泉应该是该地区三叠系中所蕴含的石油沿地层断裂带出露到地表后形成的，可能已存在了数万年、数十万年、数百万年甚至更加久远。
在通常情况下，石油天然气要出露到地表必须位于地表附近或有油气运移通道存在（这些通道通常是地壳中的断裂），这对于那些埋藏极深的油气藏而言很难有“出头露面”的机会，只有埋藏较浅的油气藏才能少量出露地表（黑油山地区的含油气地层埋深只有数百米），因而以寻找油气苗为主的地质调查法存在着很大的局限性。
直接钻探法是古代和近代发现石油的一种最主要的方式，是通过在可能存在油气资源的地方钻井，形成直通地下油气藏的井孔，以直接与地下地层接触的方式寻找油气藏或验证油气藏的存在。有了井孔，就可通过钻井取心或沿井孔发射某些信号对地层进行直接观测。如果在井孔中发现了石油，这些井就被称为油井；如果发现了天然气，则被称为气井；如果只有水或什么都没有发现，则被称为水井或干井。
通过直接钻探法发现石油和天然气的历史最早可追溯到1500年前中国巴蜀地区的“火井”。实际上，这种火井并不是专门用于寻找和开采天然气的，而是在开井取盐过程中偶然发现的。不过，由于天然气的发现为当时的采盐业提供了极好的燃料，客观上促进了凿井技术的发展，并使之成为当时寻找石油天然气的一种主要手段，这在一定程度上可以被称为直接钻探法找油的鼻祖。
中国是世界上钻探盐井最早的国家。早在公元前256—251年，战国时期的蜀相李冰就组织开凿了世界上第一口盐井——广都盐井。在长期凿井过程中，人们对地下地质与卤水、天然气之间的关系的认识不断加深，并形成了较为明确的井位选择标准：“相山”，即观察山壁上或地面上有没有露头的储层；“看龙脉”，即观察岩层走向。与此同时，还总结出了许多与井位选择有关的俗语，其中有不少是符合现代地质科学理论的，如“依山可作井，隔沟不同脉”。显然，古人已认识到地层被断层切割后卤水或天然气储层会发生变化的道理。此外，古人还通过“扇泥”（从井孔中取上来的岩屑）来观察地质情况，并据此确定合适的井深。尽管直接钻探法可以在一定条件下找到石油或天然气，在四川盆地这种“半盆油、满盆气”的含油气区具有一定的可行性，但因其成本高昂而导致局限性很大，难以大规模实施。
地球是一个固体星球，绝大部分由岩石组成，无法从地面上看到或感知到地下是否存在油气藏。既然不能亲自穿透地层跑到地下去观察或寻找油气藏，那有没有其他方式呢？能不能派一个长着“火眼金睛”的“侦察兵”到地下去看看呢？答案是肯定的，地球物理勘探就是这个“侦察兵”。
与地质调查法和直接钻探法等直接找油方法不同，地球物理勘探是一种间接找油方法。地球物理法是一种通过探测地下地球物理场分布来推测地质结构和寻找岩矿的勘探方法。由于组成地壳的岩层在密度、弹性、导电性、磁性、导热性等物理性质上存在差异，通过地球物理勘探所获得的信息可探测和研究这些地球物理场的分布和变化，并推断出地下地质构造和岩矿的分布情况达到寻找油气藏的目的。主要的地球物理勘探方法包括重力勘探、磁法（磁力）勘探、电法勘探和地震勘探等。
地球物理勘探具有极大的优越性，至今还没有其他办法可代替该方法来大面积地了解地下数千米深处的地质构造特征。
除地球物理法外，地球化学法也可以用于寻找石油，并形成了石油地球化学勘探这一学科。石油地球化学勘探指以现代地球化学分析方法对与油气藏有关的化合物或化学元素在岩石、土壤、水体、气体、植物等物质中引起的地球化学特征变化及其分布规律来检测油气运移的迹象，并据此推断是否存在油气藏。由于地球化学勘探直接面对油气藏，通常与地质调查法、直接钻探法一样被视为一种直接找油的方法。