Refraktionsseismische Messungen basieren auf der Aufzeichnung der Laufzeiten der Kopfwellen künstlich erzeugter seismischer Wellen, die an den Schichtgrenzen im Untergrund gebrochen werden (refraktierte Energie). Entlang von Profilen werden Geophone angeordnet, die die Bodenbewegungen messen. Dazu werden nacheinander an verschiedenen Schusspunkten des Messprofils seismische Wellen, meist mit einem Schlaghammer für Aussagetiefen um bis zu 50 m erzeugt. Für größere Zieltiefen kommen höher energetische Anregungen zum Einsatz (Fallgewicht, Sprengstoff).

Bei Messungen im Wasser erfolgt die Anregung der seismischen Wellen mit einer Luftdruckkanone im Wasser (Airgun) bei Auslage der Geophonketten am Gewässerboden.

Die Auswertung erfolgt durch die Markierung (Picken) der Ankunftszeiten der ersten Wellenpakete an den jeweiligen Geophonen (Ersteinsätze) und Inversion zu einem Modell des Untergrunds (Refraktionsseismische Tomographie).