隨著考古研究工作的擴展和研究區域的擴大，考古學家們逐漸從更加宏觀的角度去研究歷史文化，認識古代文明，追溯歷史進程，這些僅僅依靠傳統的考古方法是不可能實現的，這就決定了遙感在考古研究中不可替代的。
1.水下考古
考古，就是利用航空遙感的手段勘查湖泊、河流等水下的古代遺址、古代港口、古河道以及當時的沉積環境等。但是，水下遙感考古受各種條件的制約，如必須水體清澈透明、無風、水面平靜等，因此這一方法目前主要用于湖泊的水下考古，而在含沙量較大的河流，這種方法的使用受到了很大的限制。
隨著海洋地理測繪技術和考古儀器技術更新，海洋遙感考古迅速地發展起來。
目前海洋遙感考古主要是利用聲波掃描儀，聲吶、海底剖面繪制儀器、水下照相機等來考察海底的地形、淹沒前的特征以及確定海底古代遺跡的真實性和位置范圍等，進而推測和研究古地理、古氣候和古代社會的發展情況。
由Tromso博物館負責的名為“白雪項目”的挪威水下文化資源調查計劃，以遙感手段為主，輔以潛水調查。利用以上方法，分成3個階段，成功的測試了遙感在海洋考古中的應用潛力，并有了一些重大的考古發現。
2.環境考古
古代環境的恢復，對于研究當時的社會、文化、經濟、自然地理條件等方面都有著重要的作用。而古地理環境的變遷，對于古代環境、政治演變的研究也十分重要。用遙感研究長周期的環境歷史變遷，主要是依據它在遙感圖像上所遺留下來的“痕跡”來進行識別。因為各種研究對象，都有其區別于其他對象的特征，其中不少特征得以不同程度的保留。這些特征反映在遙感圖像上，則可以通過色調、陰影、形態、大小、紋理等的差異識別出來。
一個地區的環境演變，最主要的是水系的演變，這主要包括水系變遷、湖泊的變化以及水岸線的演變等。利用遙感圖像上地物特定的光譜特征，通過土壤濕度、鹽度及沉積物組分等信息的分析，可以很清楚地將水系變遷的路線、方向甚至原因反映出來。中國國土資源航空物探遙感中心的兩位研究員利用衛星遙感探索樓蘭古城的消亡之謎，指出因古孔雀河上游兩次地質滑坡堵住河道且切斷供水源，導致樓蘭古城因斷水而被遺棄，最終消亡。這是目前次利用衛星遙感圖像分析、破解樓蘭古城的消亡之謎。
哥倫比亞航天飛機攜帶雷達于198年11月在東撒哈拉沙漠進行飛行，研究人員通過對圖像上砂層覆蓋下基巖的雷達回波的研究，揭示出數米沙層下的古河道，后期研究表明：非洲北部存在過比現今尼羅河水系更為龐大的河流水系，否定了那里不存在主干水系的論斷。古河道為舊石器時代的人類提供了沙漠中的綠洲，揭示出當時撒哈拉沙漠的環境條件。
3.地下遺跡的無損探測
通過高光譜成像系統對山西兵馬俑的頭部掃描，分析得出陶土中含有古代使用的顏料成分
遙感考古的有一大研究內容，就是對深埋于地下的古代遺跡、古墓等的無損探測。目前采用的無損探測探測方法主要包括磁力探測法、電阻率探測法、微波脈沖“探地雷達”以及地震探測法等。
我國在這方面的起步比較晚，主要成果有華東師范大學用探地雷達對浙江紹興“印山大墓”進行的無損探測；采用航空遙感高光譜技術和熱紅外遙感技術與磁法、電法等20多項國內外高精度的*物理探測技術，對秦始皇陵區2.13km2，陵園區56.25km2進行遙感和地球物理綜合考古研究，探明地宮、建筑遺址、陪葬坑文物遺存等信息的863項目等。并且在此基礎上發展了用于探測和定位的新算法，如用遺傳算法從雷達資料中提取古墓遺跡定位信息。
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