Các thiết bị địa vật lý hố khoan có 3 thành phần chính:

• Đầu đo (Probe) trong hố khoan, nơi thực thi các đo đạc theo cơ sở lý thuyết của từng phương pháp nhưng được thu gọn trong ống đo để hoạt động được ở lỗ có đường kính nhỏ nhất cỡ 50 mm (2 inch) và chịu áp suất cao.
• Hệ tời và cáp bọc sợi thép, để nối đầu đo, cấp nguồn điện và truyền tín hiệu. Tời có gắn cảm biến độ sâu loại đo hướng và dộ dài cáp kéo qua, để xác định độ sâu của đầu đo.
• Khối điều khiển và ghi tài liệu, thực hiện điều khiển kéo cáp, cấp nguồn điện cho đầu đo, gửi các lệnh tới đầu đo nếu cần, thu nhận tín hiệu do đầu đo gửi lên và ghi vào băng ghi hoặc cơ sở dữ liệu.

Yêu cầu chịu áp suất của đầu đo được đặc trưng bằng độ sâu làm việc lớn nhất, và dẫn đến ngày nay có các hệ thống đo ≤150 m (ít dùng), ≤500 m, ≤1000 m, ≤1500 m và ≥1500 m.

Trong thời gian dài từ lúc ra đời đến những năm 1970 (tại Việt Nam thì đến 1995), các đầu đo thực hiện đo tín hiệu tương tự, truyền tín hiệu bằng cáp nhiều ruột, dẫn lên máy ghi bút mực trên băng giấy. Số đường ghi đồng thời lúc đầu là 2, sau tăng lên 4. Thiết bị thì rất cồng kềnh, còn việc đo đạc tốn nhiều thời gian, đặc biệt là phải đo lại khi số liệu tràn thang hoặc quá nhỏ.[2]

Tiếp theo là thời kỳ mã hóa tín hiệu thành xung tần số (Biến đổi A-F[3]) truyền lên bằng cáp đồng trục với 4 kênh đo, phân biệt nhau bằng cực tính và biên độ, và có điều phối tránh mất xung. Khối điều khiển trên mặt đất thực hiện tách xung, đếm tần số xung, lưu trữ trên băng cassette số, và ghi băng ghi giấy kiểm tra. Tài liệu bắt đầu được phân tích bằng phần mềm trên máy tính lớn. Đây là bước chuyển đổi mang tính cách mạng, giảm trọng lượng thiết bị xuống mức có thể mang vác, và đã tránh được việc đo lại do lỗi chọn thang đo.

Từ cuối những năm 1980 các đầu đo (Sensor) được modul hóa, thực hiện số hóa tại chỗ và chuyển tới khối giao tiếp, từ đó truyền lên bằng cáp đồng trục theo giao thức số, qua khối điều khiển tới máy tính, lúc đầu là máy chuyên dụng và nay là laptop. Một lần đo có thể ghép nhiều modul, thực hiện hàng chục kênh đo nếu ghép được về nguyên lý đo, còn người đo máy có thể chỉ cần đo một lần cho nhóm phương pháp đó. Ví dụ Matrix Borehole Logging Systems, sản phẩm liên kết của Advanced Logic Technology (Luxembourg) và Mount Sopris Instruments Co. (Mỹ).[4] Tài liệu được phân tích bằng phần mềm chạy trên PC như WellCAD.

Đồng thời, kỹ thuật Đo đạc trong khi khoan (Logging while drilling - LWD) được phát triển trong thăm dò dầu khí, sử dụng các công cụ và thiết bị đo đạc gắn vào đầu khoan (Bottom hole assembly - BHA), với hai dạng:

• Truyền số liệu lên trong khi khoan bằng dây, hoặc bằng sóng áp suất trong dung dịch khoan, thường với lưu tốc 10 bits/sec.
• Lưu số liệu trong bộ nhớ ở đầu đo và lấy ra khi kéo lên, và được gọi là Memory log.