Η γεωλογική έρευνα είναι η συστηματική έρευνα της γεωλογίας κάτω από ένα τμήμα του εδάφος με σκοπό την δημιουργία ενός γεωλογικού χάρτη ή μοντέλου.
Κατά την γεωλογική έρευνα εφαρμόζονται τεχνικές που κυμαίνονται από τη παραδοσιακή επιτόπου έρευνα με πεζοπορία, την μελέτη προεξοχών και της μορφολογίας, τη χρήση παρεμβατικών μεθόδων, όπως διατρήσεις με αρίδα και γεωτρήσεις ακόμα και τη χρήση γεωφυσικών και τηλεπισκοπικών τεχνικών όπως αεροφωτογραφίες και δορυφορικές εικόνες.
Ο γεωλογικός χάρτης, που σχεδάζεται μετά την έρευνα, επικαλύπτει και συμπληρώνει ένα τοπογραφικό χάρτη με τις εμφανίσεις και τα όρια των γεωλογικών μονάδων που ερευνήθηκαν μαζί με πληροφορίες σε κάποια σημεία (όπως μετρήσεις προσανατολισμού των επιπέδων στρώσης) και σε κάποιες γραμμές (όπως οι τομές των ρηγμάτων με την επιφάνεια του εδάφους).
Οι χάρτες και εκθέσεις στοχεύουν στον ακριβή προσδιορισμό και περιγραφή των εμφανίσεων των γεωλογικών μονάδων στο χώρο κοντά στην επιφάνεια προσφέροντας γεωγραφική συνέχεια και πληρότητα. Οι χάρτες μπορεί να περιλαμβάνουν και τομές για την απεικόνιση τριασδιάστατων ερμηνειών.
