Powierzchniowe badania geochemiczne w zastosowaniu do poszukiwań wgłębnych akumulacji węglowodorów opierają się na założeniu, że w wyniku istniejących gradientów stężeń i ciśnień śladowe ilości zakumulowanych składników węglowodorowych przenikają w otaczające środowisko skalne. Generalnie dotyczy to lekkich składników gazowych, które najpierw w wyniku dyfuzji a następnie, w zależności od istniejących warunków, również efuzji przemieszczają się, głównie pionowo w kierunku powierzchni aż do rozproszenia w atmosferze. Obok dyfuzyjnego i efuzyjno – filtracyjnego przemieszczania się węglowodorów od wgłębnych źródeł do powierzchni, często wymieniane są inne mechanizmy wtórnej, pionowej migracji węglowodorów. Jest to hydrodynamiczna migracja węglowodorów w roztworach wodnych i koloidach, która polega na przemieszczaniu się cząsteczek, będących w stanie rozpuszczonym w wodach wgłębnych w wyniku wzrostu ich rozpuszczalności wraz z temperaturą. W takim przypadku, o transporcie węglowodorów decyduje grawitacyjno-ciśnieniowy, konwekcyjny, hydrodynamiczny, w tym kompakcyjny przepływ wód. Innym procesem jest wypór mikropęcherzyków lekkich gazów węglowodorowych o rozmiarach koloidalnych, które przepływają epizodycznie ku górze pod wpływem siły wyporu grawitacyjnego. Wykorzystują one system szczelin i mikrospękań w nadkładzie skalnym nad akumulacją węglowodorów lub w strefach przydyslokacyjnych.

Udowodniono, że główny kierunek rozpraszania węglowodorów wyznacza składowa pionowa, ponieważ w tym właśnie kierunku występują największe gradienty stężeń i ciśnień między akumulacją węglowodorów (złożem) a powierzchnią ziemi. W takim przypadku bezpośrednio nad wgłębną akumulacją pojawiają się podwyższone mikrostężenia węglowodorów, tworzące tzw. anomalie proste. Wzrost przepuszczalności nadkładu wynikający z pojawienia się zmian litologicznych, udrożnionych stref nieciągłości tektonicznych, stref zeszczelinowania lub nachylonego zalegania warstw powoduje zmniejszenie oporów przepływu dla węglowodorów. W efekcie, w warstwach przypowierzchniowych rejestruje się tzw. anomalie efuzyjne, nazywane często liniowymi. Najczęściej są one związane z obecnością uskoków i spękań w nadkładzie. Tego typu anomalie mają niewielki zasięg powierzchniowy, są wąskie i kontrastowe. Anomalie liniowe z reguły nie pokrywają się z prostopadłą projekcją akumulacji wgłębnej – złoża. Jakkolwiek tego typu anomalie mogą wskazywać na obecność wąskich, przydyslokacyjnych pułapek wypełnionych węglowodorami. Mogą one pojawiać się w szczególności na obszarach charakteryzujących się blokowo-zrębową budową geologiczną, a także w obszarach fałdowo-nasunięciowych.

W trakcie migracji składników węglowodorowych pomiędzy złożem a powierzchnią terenu mogą zachodzić wtórne zmiany biochemiczne w środowisku skalnym. Są one efektem skomplikowanych reakcji chemicznych zachodzących z udziałem mikroorganizmów anaerobowych i aerobowych. Procesy te powodują, że migrujący strumień węglowodorów zostaje znacznie zubożony, a selektywna dyferencjacja określonych składników ogranicza zasięg dalszego przemieszczania się coraz to większych (cięższych) cząsteczek. W określonych warunkach prowadzi to do pojawienia się wtórnego ekranu o zmniejszonej przepuszczalności.  Ostatecznie, na powierzchni terenu pojawia się tzw. efekt „halo”, zwany również anomalią pierścieniową.

Istnieje wiele argumentów przemawiających za stosowaniem powierzchniowych badań geochemicznych w poszukiwaniach złóż ropy naftowej i gazu ziemnego. Jednym z nich jest możliwość pozyskiwania dodatkowego, cennego materiału faktograficznego przy stosunkowo niskich nakładach i krótkim czasie realizacji. Odpowiednie wykorzystanie dodatkowych informacji geochemicznych w ścisłym powiązaniu z wynikami standardowych prac poszukiwawczych (np. badań sejsmicznych, badań magnetotellurycznych) może w znaczący sposób zwiększyć stan rozpoznania geologiczno-złożowego, a w konsekwencji podnieść stopień efektywności poszukiwań naftowych. Stwarza to również możliwość zmniejszenia liczby kosztownych, negatywnych otworów poszukiwawczych. Dietmar Schumacher (2017) wyraża opinię, że właściwe zastosowanie kompleksowych analiz geologiczno-geofizyczno-geochemicznych podnosi współczynnik sukcesu prospekcyjnego do ok. 80%. Natomiast w przypadku gdy wyniki badań geochemicznych nie są uwzględniane, statystyczna trafność otworów wynosi tylko 48%.