地下探测主要包括钻孔探测和煤矿井下探测两种方式。钻孔探测是针对重点地段使用的一种补充验证手段，是在空中和地面地球物理异常有效探测的基础上，为确定异常体地下中心和边缘地段，在一定深度的探测孔中进行观测的。由于探测仪器的温度测量范围和钻孔受地下煤火发育深度的限制，通常观测在火区顶部的空间内进行。
钻孔探测包括灭火观测钻孔和煤田火区基本观测孔两种。灭火工程探测孔是在灭火工程中按照一定密度布置灭火工程观测网。在灭火工程施工中和施工后采用接触式测温，测量钻孔中不同深度的地下温度。同时对O2、CO2取样化验。另一种观测钻孔是煤火区基本探测孔，布置在火区外。预测将发生煤火的地段，打深钻孔，按不同深度定期测温，定期取O2、CO2样品化验。
煤矿井下探测采用温度观测和气体探测两种方案。温度探测是沿工作面一定间距，布置一系列热电偶，集中连接到工作面回风巷的温度检测器上，根据热电偶的反映来探测采空区的温度变化。气体探测是采用煤层自燃观测“束管”探测系统，采样分析采空区CO2、O2、CH4等气体变化，实现对矿井井下的煤火观测。
