海底地质取样有多种取样工具可供使用，在常规调查中一般使用下列取样器。

采泥器：用于采取海底表层沉积样品。按其张口面积的大小分0.025平方米、0.1平方米和0.25平方米等不同规格。

取样管：用于采取柱状（岩心）样品。主要有重力取样管和活塞式取样管两种类型。取心长度约数米至20米左右，与沉积物类型有关，通常在泥质沉积区取心较长，在砂质沉积区较硬的海底上取心较短。

箱式取样器：用于采取不受扰动的沉积样品及其上覆底层海水,样品可用于沉积物结构构造分析，210Pb测年，沉积物与海水之间的地球化学交换以及锰结核的定量研究等。

深海取样：1968～1983年实施的深海钻探计划，可在深海洋底钻穿数百米厚的沉积层达到玄武岩基底，少数钻孔钻进洋底达1000余米，从而获得了比较完整的深海岩心剖面。近年来在深海钻探中进一步采用了液压活塞取心技术，可取得长200～300米的未扰动岩心，为大洋地层学和古海洋学研究提供了极有利条件。

此外,为了取得海底锰结核、岩块及贝壳等样品,常使用拖网技术。

由于取样的深度和范围受到限制，在海上工作经常使用各种仪器来测量和观测海底的地质情况，如沉积物的分布、沉积层的厚度变化和海底表面沉积物的特征等。除海洋地球物理测量技术外，常用的设备和方法还有:地层剖面仪。利用声波在海底的不同物理界面（地层界面）上发生反射的原理进行工作,常用的频率为3.5赫兹，通常可测量几十米以内的地层界面及沉积物性质，有时也使用中深层剖面仪以探测更深的地层结构。

旁侧声呐：利用高频声波在海底反射的原理来探测海底地貌、沉积结构的一种仪器。对于研究海底沙波、波痕等形态尤为有用。

海底照像：将海底照像装置放于海底附近连续拍摄海底的表面情况，用于研究表层沉积物的结构，与生物作用的关系以及锰结核的分布等。

潜水观测：科学家或潜水员带上潜水装置到海底进行直接观测和取样，但只限于水深几十米的浅水海域。乘坐潜水器可潜入几千米，直到万米的水深，除进行直接观测外，还可用机械手采集海底样品。