目前，天然气水合物调查的技术手段较多，如地震地球物理探查、电磁探测、流体地球化学探查、海底微地貌勘测、海底视象探查、海底热流探查、海底地质取样、深海钻探等，但这些技术手段都不够成熟，有待进一步探索和完善。
地震地球物理探查
对于沉积物中水合物，声波P波和S波都很灵敏。对于沉积物中少量的水合物而言，S波可能比P波更灵敏。地震调查正是利用了水合物的这一声学特征。
地震地球物理探查包括高频共深点法地震探查和高频地震剖面探查。高频地震剖面探查是天然气水合物的主要调查手段。地震地球物理探查可以有多种技术方法，如船载深水高分辨率数字地震方法、船载单道地震方法、大孔径海底地震检波法、垂直地震剖面法等。这些方法的理论依据与声纳技术基本相同。
多道地震方法是探测深海天然气水合物的常用技术方法，也是目前最有效的技术方法。它是利用强脉冲声源（如气枪排阵）和许多道接受器探测来自海底、次海底地质界面的反射信号。这种方法的特点是数字记录、分辨率高、费用高、探测埋深不大。
单道地震反射法是美国、加拿大探测深海天然气水合物的技术方法之一，但不常用。它是利用强脉冲声源（如气枪）和单道接受器探测来自海底、次海底地质界面的反射信号。这种方法的特点是探测深、分辨率低、费用少。
海底地震检波法是在海底安置大孔径地震检波器，接受来自次海底地质界面的反射信号。垂直地震剖面法是在钻井的不同深度安置地震检波器。这些方法的分辨率很高，费用也很高，主要用来估算天然气水合物的富集率和评价天然气水合物资源量。
流体地球化学探查
在海洋环境中，水合物富集区烃类气体的微量渗逸可在海底沉积物、海底和海水中形成烃类异常或其它异常效应。通过对底质沉积样孔隙水（或间隙水）及近海底水样（尤其是富气羽状流）的测试，分析甲烷浓度异常、Cl－含量异常、δ18O异常、PH等地球化学指标和富含重氧的菱铁矿等标志矿物，探测与天然气水合物有关的地球化学异常，圈定水合物可能存在的地球化学异常区。
微地貌勘测与海底视象探查
通过船载深水多波束技术及海底电视摄像技术，探测海底地形地貌，分析并圈出与水合物可能有关的特殊构造（可视为水合物的地貌标志）的分布范围。
海底热流探查
采用海底热流探测技术，测定海底温度，计算地温梯度。目的是：分析水合物成藏条件；反演水合物稳定层底界面的埋深。
海底地质取样与深海钻探
地质取样技术是发现水合物的直接手段，也是验证其它方法所得调查成果的必要手段。地质取样技术，包括抓斗取样、重力取样（柱样）、大型重力活塞密封取样等海底浅地层取样技术（深度达10～12m）和深海钻探取心技术。地质取样的另外目的是：分析天然气水合物产状（脉状、团块状、结核状、星点状）及赋存方式；测试水合物中气体成分及其有关成因参数（如C1/(C1+C2)比值、甲烷中δ13C值、硫化氢的δ34S值等）；计算水合物的充填率；估算水合物的资源量。
