Geokemična raziskava je raziskovalna pobuda, katere cilj je ugotoviti prisotnost snovi, ki se običajno nahajajo pod zemeljskim površjem. Pogoste snovi, ki so vključene v tovrstna raziskovanja, vključujejo plin, nafto in nafto skupaj z minerali, premogom in kovinskimi rudami. Večina takšnih raziskav sčasoma vključuje vrtanje v Zemljo na enem ali več testnih mestih. Na nekaterih območjih sveta je geokemično raziskovanje zelo kontroverzno in na večini lokacij zelo regulirano.
Številne snovi, ki jih ljudje dnevno uporabljajo, so narejene iz snovi, ki jih najdemo v Zemlji. Najbolj očiten primer je bencin za avtomobile. Naftni derivati se uporabljajo tudi pri izdelavi plastike, ki jo najdemo v embalaži izdelkov, posodi, igračah, nakitu in nešteto drugih običajnih gospodinjskih izdelkih. Drugi produkti geokemičnega raziskovanja vključujejo zlato, srebro, baker, drage kamne, premog in uran.
Izredno drago bi bilo preprosto začeti vrtati kjer koli obstaja sum na prisotnost geokemičnega vira, v večini primerov pa bi bila izguba časa in denarja. Takšno dejanje v večini krajev nikakor ni dovoljeno. Namesto tega se izvede raziskovalna misija, da se ugotovi, ali bo vrtanje verjetno povzročilo zajem želenega vira.
Začetne faze geokemičnega raziskovanja se pogosto lahko izvajajo z nizko stopnjo okoljskega in atmosferskega vpliva. Rastline, voda in tla na območju raziskovanja lahko pogosto zagotavljajo kazalnike geokemičnih virov spodaj. Kemiki lahko izvedejo različne teste, da odkrijejo prisotnost teh indikatorjev. Prav tako lahko testirajo kamnine, pline, izpuščene v zrak, in usedline v potokih ali jezerih za prisotnost določenih kemičnih anomalij, ki kažejo na prisotnost virov, ki jih iščejo.
Ko so predhodni testi končani, pa je edini pravi način, da ugotovimo, ali so prisotni viri, preizkusna vaja. Prav ta faza geokemičnega raziskovanja je najbolj strogo urejena s strani vladnih in okoljskih subjektov. Lahko se zgodijo nesreče in rezultati lahko resno vplivajo na velik geografski radij. Takšno vrtanje je običajno treba izvajati le z ustreznimi dovoljenji in z uporabo strogo nadzorovanih metod in postopkov.
Stopnja tveganja, ki je vključena v poskusno vrtanje, povzroča tudi spore pri postopku. Nekateri menijo, da so potencialna tveganja previsoka, da bi upravičila dobičke, drugi pa ravno nasprotno. Na nekaterih območjih sveta se rudarski delavci v bistvu obravnavajo kot suženjsko delo, kar je še en dejavnik, ki prispeva k polemiki glede geokemičnega raziskovanja in kasnejšega rudarjenja virov.