Vị trí mỏ khí đốt ở IranCơ sở Khí Đốt Vučkovec, Croatia Tàu khoan khai thác Discoverer Enterprise ở phía đằng xa, tại nơi làm việc trong giai đoạn thăm dò một mỏ dầu mới nằm ngoài khơi. Tàu hỗ trợ Toisa Perseus nằm ở phía trước, minh họa một phần của hậu cần của hoạt động thăm dò và khai thác dầu khí ngoài khơi.

Khí đốt tự nhiên, bắt nguồn từ cùng một địa chất nhiệt nứt quá trình chuyển đổi khí thành dầu. Như một điều tất yếu, dầu khí đốt tự nhiên thường được phát hiện cùng với nhau. Trong khai thác thông thường, lớp lắng đọng chứa một lượng lớn dầu được gọi là mỏ dầu và ngược lại chứa một lượng lớn khí đốt tự nhiên được gọi là mỏ khí đốt.

Nhìn chung, lớp trầm tích hữu cơ bị chôn vùi ở độ sâu từ 1.000m đến 6.000m (ở nhiệt độ khoảng 60 °C đến 150 °C) sinh ra dầu, trong khi đó lớp trầm tích bị chôn vùi độ cao sâu hơn và ở nhiệt độ lớn hơn tạo ra khí đốt tự nhiên.  Nguồn càng sâu, khí "càng khô" (nghĩa là tỷ lệ ngưng tụ trong khí càng nhỏ). Bởi vì cả dầu và khí tự nhiên đều nhẹ hơn nước, chúng có xu hướng tăng lên từ nguồn của chúng cho đến khi chúng thấm lên bề mặt hoặc bị giữ lại bởi một cái bẫy địa tầng không thấm. Chúng có thể được trích xuất từ bẫy bằng cách khoan.

Mỏ khí tự nhiên lớn nhất thế giới là mỏ khí South Pars / Asalouyeh, được chia sẻ chung giữa Iran và Qatar. Mỏ khí tự nhiên lớn thứ hai và thứ ba lần lượt là mỏ khí Urengoy, và mỏ khí Yamburg, tất cả đều nằm ở Nga.

Cũng giống như dầu và khí tự nhiên thường được tìm thấy dưới các đại dương, ví dụ như các mỏ khí ngoài khơi như Biển Bắc, Trường khí Corrib ngoài khơi Ireland và gần đảo Sable. Công nghệ khai thác và vận chuyển khí đốt tự nhiên ngoài khơi khác biệt so với việc khai thác  trên đất liền. Một số giàn khoan ngoài khơi thường rất lớn, bỏi vì những khó khăn về chi phí và hậu cần khi làm việc trên mặt nước.

Giá xăng dầu tăng vào đầu thế kỷ 21 đã khuyến khích các thợ khoan thăm lại các lĩnh vực mà trước đây không được coi là có hiệu quả kinh tế. Ví dụ, vào năm 2008, Freeport McMoRan đã vượt qua độ sâu khoan hơn 32.000 feet (9754 m) (giếng thử nghiệm sâu nhất trong lịch sử sản xuất khí đốt) tại Blackbeard ở Vịnh Mexico[4]. Giàn khoan của Exxon Mobil đã đạt 30.000 feet vào năm 2006, tuy nhiên không tìm thấy khí đốt.