当医生为患者诊断疑难杂症时，会针对患者病情使用现代医学仪器对患者进行各种检查，诸如心电图、Ｂ超、Ｘ射线、核磁共振等，这些仪器是利用电、声、核、核磁共振等物理性质来检查病变的。
由于地下含油气与不含油气地层的电、声、核、核磁共振等物理性质存在差异，因此，在石油勘探中，可以通过在几千米的井中测量地层的电、声、核、核磁共振等物理性质，分析确定哪些储层含有油气以及含油气的多少。把测量上述各种物理性质的仪器组合在一起，以地面计算机为核心实时地对下井仪器进行控制，按照一定的时序对各种物理信息进行采集、传输、处理和快速解释，这就是现代的石油测井仪器系统。
测井仪器的发展经历了一个从简单到复杂、从简陋到先进的过程。最早的测井仪器是一个大的万用表，将测量电极延伸至井下，测量地层电阻，进而换算成电阻率。随着材料、电子、计算机和信息等技术的飞速发展，形成了包括电、声、核、核磁共振等各种测井系列，下井仪器更加丰富多样，测井仪器从单参数测量发展到对多参数信息采集。1927年以来，测井系统先后经历了模拟记录、数字记录、数字控制到今天的成像测井系统。模拟记录使用模拟电路记录数据，数字控制利用数字信号处理器处理数据，数字记录将数据保存在数字储存介质中。成像测井系统结合这些技术，通过测量和处理岩层物理属性数据，生成可视化图像，更加直观地提供地下结构的详细信息，用于石油勘探和开采决策。
整个测井系统主要由下井仪器、地面仪器和连接电缆三部分组成。下井仪器包括电测井仪、声测井仪、核测井仪、核磁共振测井仪，以及测量井身的井温仪和井径仪等。每种下井仪器都装有对被测物理参数敏感的传感器和对被测信号进行放大、处理的电子器件。地面仪器则由主机和前端机以及绘图仪、打印机和显示器等构成，有些测井系统还同时安装资料解释工作站。前端机控制各类数据通道（模拟道、数字道、脉冲道、遥测道等），实现对下井仪器所发送数据的实时采集；主机完成对整个系统的控制和数据处理，并将测量结果以曲线或图像形式显示、打印出来。主机和前端机之间的数据和命令通信通过总线或以太网实现。计算机间形成局域网共享打印机、绘图仪等硬件资源。
测井作业施工时，首先根据油气田的地质特点选择需要测量的物理参数，然后选择相应的下井仪器，并将其挂接在电缆末端，放入几千米深的井中。在电缆匀速上提过程中，操作工程师启动测井系统程序，按时序发出命令，通过电缆传送给井下仪器，控制井下仪器发射、接收信号。测量数据经放大、编码后，通过电缆传输到地面。地面计算机系统对数据进行一系列处理后，输出随深度变化的各种测井曲线或图像。测井工程师可根据曲线或图像的变化特征初步确定哪些地层含有油气。对于复杂的地层，需把测量的所有数据送计算中心进一步处理、分析和综合解释，称为测井数据处理和解释。
