在日常生活中，当医生为患者诊断疑难病时，为了确诊，会针对患者病情使用现代医学仪器对患者进行各种检查，诸如心电图、B超、X射线、核磁共振等，这些仪器是利用人体器官的电、声、核、核磁等物理性质检查人体器官的病变。
在寻找石油和天然气时，含油气地层的电、声、核、核磁等物理性质也不同于不含油气的地层，因此，在石油勘探中，需要在几千米深的井中测量所有地层的电、声、核、核磁等物理性质，以确定哪些深度的地层含有油气。把测量上述各种物理性质的仪器组合在一起，并以地面的计算机为中心按照一定的时序对地层的各种物理信息进行采集、传输、处理和快速解释，并在测量过程中实时地对下井仪器进行控制——这就是现代的石油测井仪器系统。
测井仪器的发展和各行各业的测试技术一样，随着科学技术的进步从简单到复杂。最早的测井仪器就是一个大的万用表，将测量电极延伸至井下，测量地层的电阻进而换算成电阻率。
随着测井学科的发展，从单一的电测井到包括电、声、核、核磁的各类测井，下井仪器也趋于多样化。由于材料工业、电子技术、计算机技术和信息技术的飞速发展，测井仪器从单一的单参数测量发展到对多参数大量信息进行采集、传输到处理、解释，并经历了从模拟记录、数字记录、数字控制到今天的成像测井系统，实时地自动展现井下地层各种物理参数的二维图像。
测井仪器系统由三部分组成：下井仪器、地面仪器和连接两者的电缆。下井仪器包括电测井仪、声测井仪、核测井仪、核磁测井仪以及测量井内温度、井孔直径的井温仪和井径仪等。
每种下井仪器都装有对被测物理参数敏感的传感器和对被测信号进行放大、处理的电子器件。地面仪器则由主机和前端机以及绘图仪、打印机、显示器等构成，某些测井系统还增添了同时进行资料解释和绘图的工控机。
前端机控制各类数据通道（模拟道、数字道、脉冲道、遥测道等）实现对下井仪器所发送数据的实时采集，主机完成对整个系统的控制和数据处理，并将测量结果以曲线或图像形式显示、打印出来。主机和前端机之间的数据和命令通信通过总线或以太网实现。计算机间形成局域网共享打印机、绘图仪、文件、数据等硬件资源。
测井时，测井人员根据油气田的地质特点选择需要测量的物理参数，将相应的下井仪器挂接在电缆末端放入几千米深的井中。当电缆以均匀速度上提时，操作人员启动测井系统程序，按时序发出命令，通过电缆传送给井下仪器，控制井下仪器的工作流程。
井下仪器测得的数据经放大、简单处理和编码后，按帧通过电缆发送到地面。地面计算机系统对数据进行一系列处理后，输出按深度变化的测井曲线或图像，有经验的测井工程师可根据曲线或图像的变化初步确定哪些深度的地层含有油气。对于地质特征复杂的地层或是对含油气地层要做量的计算，则须把测量得到的所有数据送计算中心作进一步的处理、分析和地质解释。
