При вивченні родовищ теплоенергетичних вод використовуються наземні й свердловинні методи геофізичних досліджень, а також матеріали дистанційного зондування землі (теплових, спектрозональних зйомок).
Наземні геофізичні дослідження проводяться переважно на родовищах теплоенергетичних вод в артезіанських басейнах складчастих областей і родовищах тріщинно-жильного типу, причому на останніх вони поєднуються з крупномасштабними геолого-гідрогеологічними й спеціалізованими зйомками. Вони виконуються з метою уточнення геолого-структурної позиції родовища, виділення й простежування зон тектонічних порушень, контактів порід, водоносних горизонтів під акваторіями, гідрогеотермічних аномалій, осередків розвантаження (у тому числі прихованих) і ін. Як правило, наземні геофізичні дослідження здійснюються комплексом методів і випереджають основний обсяг бурових і дослідних робіт.
Матеріали дистанційного зондування землі використовуються з метою регіональної оцінки гідрогеотермального режиму геологічних структур та їх попереднього зонування за активністю тепловодопереносу.
У свердловинах виконується комплекс геофізичних досліджень для розчленовування геологічного розрізу, визначення сумарних й ефективних потужностей водовмісних порід, вивчення взаємозв'язку суміжних водоносних горизонтів, визначення статичних або динамічних рівнів, установлення інтервалів припливу теплоенергетичних вод, вивчення технічного стану стовбурів свердловин та інших цілей.