1.地球物理方法
地球物理方法主要是应用深部地球物理探测的多种方法（如地震、重力、大地电磁等），从地球各个圈层的物理性质的角度，获得地球的物理模型，再应用其他研究结果，将地球物理模型转化为岩石学模型或者化学成分模型。
2.大洋钻探和大陆超深钻
这是人类能够借助技术方法直接触及地球深部获得实际地质样品的唯一方法，最早的深部钻探是在大洋中实现的。20世纪60年代开始的深海钻探计划（DSDP,1968～1983年）和后续的国际大洋钻探计划（ODP,1985～2003年）直接揭示了大洋岩石圈的性质，验证了海底扩张和板块构造学说，使全球板块构造学说成为20世纪的重大科学成就之一。对于地质构造更为复杂的大陆，更加需要钻探方法来直接验证，如20世纪90年代开始实施的国际大陆科学钻探计划（ICDP）。大陆科学钻探可以分为浅钻（<2000m）、中深钻（2000～5000m）、深钻（5000～8000m）和超深钻（>8000m），前苏联科拉超深钻井深为12261m，德国KTB超深钻为9101m，我国江苏东海的科学钻探终孔深度为5158m。由于技术的限制，大陆科学钻探的难度很大。
3.岩石包体
来自于深部的岩浆携带的不同尺度的深源包体，在岩浆喷发到地表或者侵入到地壳的浅部，最后被人们观察和取样，这是来自于地球深部的物质实体。深源包体包括来自于深部地壳的（如下地壳麻粒岩相、中地壳角闪岩相以及各种片麻岩类等地壳层次的岩石）、上地幔的（尖晶石相、石榴子石相等）各种橄榄岩包体，这些是揭示深部岩石圈的结构和组成的最好证据。
4.岩浆作用反演
基于已有的实验岩石学和岩石成因的理论，通过地表采样的岩石系统的岩石学和地球化学研究，可以推测该岩石从下地壳或者上地幔的深部原岩经过部分熔融产生岩浆，岩浆进一步形成和演化的整个过程。岩浆作用反演可以帮助推测地球内部不同圈层的性质。
5.高温高压实验
选择天然的或者人工合成的样品，模拟地球内部高温高压或者加入流体等条件，在实验室进行岩石的熔融或者结晶实验，测定岩石在高温高压条件下的各种物理性质（弹性波速度、电导率、密度等）。这是开展岩石成因研究的重要手段，也是将地球物理获得的地球内部的物理模型转化为岩石学和地球化学等物质模型的桥梁。