Ядерная геофизика объединяет физические методы поисков, разведки радиоактивных руд и геологического картирования разных пород по различию их естественной радиоактивности (радиометрия) и поэлементного анализа горных пород и руд путем изучения вызванной радиоактивности (ядерно-физические методы). Находясь на стыке между геофизикой и геохимией, она по теории, методике и технике наблюдений относится к геофизическим методам, хотя решает некоторые геохимические задачи. Многие методы ядерной геофизики отличаются «близкодействием», т. е. малой глубинностью исследований (до 1 м по породе) вследствие быстрого поглощения ядерных излучений окружающими породами и воздухом. Однако продукты радиоактивного распада способны мигрировать, образуя вокруг пород и руд газовые, водные и механические ореолы рассеяния. По ним можно судить о радиоактивности коренных пород.
Основными методами радиометрии являются гамма-съемка (ГС) — для изучения интенсивности естественного гамма-излучения и эманационная съемка (ЭС), при которой по естественному альфа-излучению подпочвенного воздуха определяют концентрацию радиоактивного газа — радона. Гамма-съемка служит для поисков и разведки радиоактивных руд: урана, радия, тория и других, а также парагенетически или пространственно связанных с ними нерадиоактивных полезных ископаемых (редкоземельных, металлических, некоторых неметаллических). Гамма- и эманационную съемки используют также для литологического и тектонического картирования и решения других задач. К ядерной геофизике относится также ядерная геохронология, предназначенная для определения абсолютного возраста горных пород, и геокосмический метод, основанный на подземной регистрации космических мюонов (мю-мезонов).
Ядерно-физические (радиоизотопные) методы основаны на изучении искусственно вызванной радиоактивности после облучения горных пород и сред гамма-квантами или нейтронами. Измеряя те или иные характеристики наведенного ядерного поля, можно судить о гамма- и нейтронных свойствах горных пород, которые определяются химическим составом элементов и физическими свойствами пород. Существует множество искусственных ядерно-физических методов, основанных на использовании либо нейтронов (нейтрон-нейтронные, нейтрон-гамма и др.), либо гамма-излучений (гамма-гамма, гамма-нейтронный, рентгенорадиометрический и др.).
Методы ядерной геофизики бывают космическими, воздушными, полевыми, подземными, лабораторными, скважинными.