瑞雷面波勘探的原理主要基於瑞雷面波的頻散特性，即波速隨頻率的變化關係。具體來說，瑞雷面波勘探利用人工震源激發產生多種頻率成分的瑞雷面波，通過觀察和分析這些波的傳播特性，來確定地表岩土的瑞雷波波速隨場點坐標的變化關係。這種方法被廣泛套用於淺層工程地質和地基上的地震工程等領域。
瑞雷面波具有以下特徵：
在分層介質中，瑞雷波會表現出頻散特性，即不同頻率的波具有不同的傳播速度。
瑞雷波的波長不同，其穿透深度也不同，這使得瑞雷波勘探能夠探測到不同深度的地層信息。
瑞雷波的傳播速度與橫波傳播速度具有相關性，這為通過測量瑞雷波速度來推斷地層性質提供了可能。
瑞雷面波勘探的方法主要包括穩態法和瞬態法。瞬態法通過產生一定頻率範圍的瑞雷波，不同頻率的瑞雷波疊加在一起，以脈衝的形式向前傳播。通過分析這些地震資料，可以提取各頻率的面波相速度，從而進行地質結構的分析和解釋。
此外，瑞雷面波的形成與地下介質的彈性參數密切相關，包括介質的密度、壓縮和剪下波速度。通過研究水平地層面波的頻散特徵，可以求得地層內部不同深度的彈性參數，這是面波測深方法的基本原理。
自1887年瑞雷從理論上證明瑞雷面波的存在以來，雖然長期以來被視為地震勘探中的干擾波，但自上世紀六十年代開始，人們開始研究其有效利用問題。到八十年代，瑞雷面波的傳播特性及利用方面的研究成為世界工程地球物理勘探同行們的研究熱點。目前，瑞雷面波勘探法在我國已經得到廣泛套用。