地震前，在自然界發生的與地震有關的異常現象，我們稱之為地震前兆，它包括微觀前兆和宏觀前兆兩大類。常見的地震前兆現象有： 地震活動異常、地震波速度變化、地殼變形、地下水異常變化、地下水中氡氣含量或其它化學成分的變化、地應力變化、地電變化、地磁變化、重力異常、動物異常、地聲、地光、地溫異常等等。當然，上述這些異常變化都是很復雜的，往往並不一定是由地震引起的。例如地下水位的升降就與降雨、幹旱、人為抽水和灌溉有並。再如動物異常往往與天氣變化、飼養條件的改變、生存條件的變化以及動物本身的生理狀態變化等等有關。因此，我們必須在首先辨識出這些變化原因的基礎上，再來考慮是否與地震有關。
人的感官能直接覺察到地震前兆稱為地震的宏觀前兆，簡稱宏觀前兆。比較常見的有，井水陡漲陡落、變色變味、翻花冒泡、溫度升降，泉水流量的突然變化，溫泉水溫的突然變化，動物的習性異常，臨震前的地聲和地光等。
其中動物異常是震前征兆的普遍現象，由於不同動物的生活習性和敏感程度的差異，所反映的異常狀態和特征也不一樣。如隆冬季節數百條毒蛇出「洞」或「自尋短見」，成千上萬只青蛙攜幼搬遷，離開震央數百米等。由於地震宏觀前兆的特征突出，與老百姓的日常生活密切相關，並相對易於發現，因此是在大地震群測群防中最適合普及的方法。
一旦發現異常的自然現象，不要輕易作出馬上發生地震的結論，更不要驚慌失措，而應當弄清異常現象出現的時間、地點和有關情況，保護好現場，向地震部門或政府報告，讓地震部門的專業人員調查核實弄清事情的真相。
微觀前兆
人的感官無法覺察，只有用專門的儀器才能測量到的地震前兆稱為地震的微觀前兆，簡稱微觀前兆，主要包括以下幾類：
地震活動異常：大小地震之間有一定的關系。大地震雖然不多，中小地震卻不少，研究中小地震活動的特點。有可能幫助人們預測未來大震的發生。
地形變異常：大地震發生前，震央附近地區的地殼可能發生微小的形變，某些斷層兩側的巖層可能出現微小的位移，借助於精密的儀器，可以測出這種十分微弱的變化，分析這些資料，可以幫助人們預測未來大震的發生。
地球物理變化：在地震孕育過程中，震源區及其周圍巖石的物理性質可能出現一些變化，利用精密儀器測定不同地區重力、地電和地磁的變化，也可以幫助人們預測地震。
地下流體的變化：地下水(井水、泉水、地下層中所含的水)、石油和天然氣、地下巖層中還可能產和貯存一些其它氣體，這些都是地下流體。用儀器測地下流體的化學成份和某些物理量，研究它們的變化可以幫助人們預測地震。
形成及主要特征
若用傳統連續介質觀念，將地殼巖石層作為整塊固體來處理，則必然得出結論：任何前兆只有當應力接近屈服應力時才會出現，然而，長久以來，以此觀念為基礎的觀測得到"清楚的、確定的、有物理機制的前兆很少"，這是由於對地殼巖石層認識的誤解和觀測方法不合適而造成的。只有將地殼巖石層作為離散態顆粒體系，才可獲得對地震前兆及其探測 的正確認識。
地震發生前，必然有能量積累過程。巖石層塊受到推壓作用達到可克服摩擦力和邊界斷層泥阻力時，會發生滯滑移動，擠壓斷層泥，又推動下一巖石層塊運動，就這樣漸次使其他巖石層塊發生移動。這種作用和移動在地層中一定以力鏈形式傳遞。隨著力鏈涉及的巖石層塊增多，所受到的摩擦力和阻力也不斷增大，也可能力鏈後端遇到大巖石層塊或非活動斷層，導致某些力鏈會積累很大作用力，其薄弱處則可能發生地震。因此，地震前兆的基本特征是能量積累過程的巖石層塊滯滑移動和力鏈傳播，以及地震將要發生時震源附近地層中作用力的持續增大，這些地震前兆資訊是可以觀測的。
當然，並不是說巖石層塊滯滑移動就一定是地震前兆，只有在外力和阻力作用下，透過巖石層塊滯滑移動和壓縮斷層泥逐漸積累能量，並形成力鏈。當力鏈上能量積累到一定程度以後，力鏈分布和傳播的資訊才是地震前兆。
傳播規律
根據顆粒物理原理，前兆資訊主要以巖塊滯滑移動、斷層泥壓縮或剪下形變和力鏈方式傳遞。地震前兆發生時，在各巖塊分別相繼滯滑移動情況，前面的巖塊受的作用力大，其後巖塊受力依次減小。當遇到後面某個大阻力巖塊而不易移動或釘選時，前面所有巖塊隨滯滑移動的逐步積累，所受阻力不斷增大，釘選巖塊上作用力隨其前斷層泥被壓縮而增大。
前兆資訊探測
地震前兆資訊的探測首先是要觀測和判定積累能量的力鏈及其狀態，通常所能觀測到的異常變化可給出有用資料。巖塊的滯滑移動、力鏈分布、巖塊釘選及組合、巖塊中力的積累等均可透過直接或間接觀測獲取，構成有效前兆資訊。一些大地震的前兆資訊可傳播很遠，傳播時間可持續數月或更長。只要探測點足夠多，斷層邊界相對位移測量、土層沙坑中應變測量，地下水位觀測等均可能給出巖塊的滯滑移動和釘選、力鏈分布的資訊，同時給出資訊傳播時間次序。如，地震前觀測到的地下水位異常由外圍向震央轉移的現象就是前兆時間次序的表現。巖石中應力—應變階躍觀測可辨識巖塊是滯滑移動還是釘選，若觀測到非單調上升的階躍，且應變階躍值變化很小，如小於10-6，則表示巖塊仍然滯滑移動，在此巖塊之前的力鏈上暫時不會發生地震。若觀測到單調上升的階躍，表明此巖塊己釘選不動。當應力階躍持續增大到足夠高時，則在附近巖塊區域將可能發生地震。巖塊受壓作用力很大和即將發生地震（破裂或錯動）時，特別是大地震，除可觀測巖塊應力—應變單調上升的階躍外，還會產生其他次生效應的前兆現象，如電磁、電離和次聲波等。從而對發生地震的可能性進行判斷。
用瑞立波、地電、電磁、重力等探測方法也可以獲得有用的前兆資訊的分布和變化，這些資訊取決於地層被壓縮的程度。非力鏈區域觀測不到前兆資訊，這些區域不會發生地震。
前兆資訊探測采集數據均須以盡量短的時間間隔，如以秒或分鐘值記錄為好，至少不應該將數據作天以上的平均取值。若有足夠多的探測點，就可以獲得前兆到達各處的即時訊號，包括方位、區域、時間、變化大小等較完整的資訊，並可區分不同前兆的來源。
觀測到巖塊的滯滑移動並非就是地震前兆資訊，但地震前兆資訊必定以滯滑移動和力鏈形式傳播，要根據以上所述的綜合觀測結果，判定力鏈的形成、分布和能量積累情況。
與地震發生的關聯
地震孕育到地震發生的全部運動過程包括：大地構造力對巖塊的初始作用、巖塊的滯滑移動、巖塊力鏈分布和傳遞、巖塊釘選及組合、巖塊的斷裂或錯動(即地震發生)。
已有的大量探測事實說明，這些過程大部份可以直接或間接地探測到，形成有效前兆資訊。關鍵是探測和確定巖塊滯滑移動和巖塊力鏈上能量的積累過程。主要特征和探測要點是：前兆資訊力鏈傳播，必然分布不均勻，各地前兆資訊差別很大；一些大地震的前兆資訊可在103千米範圍用不同方法探測到；斷層邊界"蠕變"測量得到的跳變式相對位移，即為巖塊的滯滑移動；在巖石中難以探測到與屈服相應的應力—應變變化，卻可探測到"階躍"，可判斷滯滑移動、力鏈分布、巖塊組合移動及釘選；地下水位上升或下降表明地層受擠壓和巖塊滯滑移動；土層沙坑中探測巖石塊移動和斷層泥壓縮引起的土層形變；瑞立波、地電等也可反映受壓地層密度或彈性模量的變化。
辨識方法
自然界的許多奇異變化，並不都是地震前兆，所以發現異常後，要註意與非震幹擾因素加以區別。
一般來說，產生非震的動物異常的因素有天氣變化（如魚類上浮，蛙類遷徙）、生理變化（如動物生病、發情）、環境變化（如水體汙染）、敵害侵擾等等。產生非震的 地下水異常的因素有自然因素：包括氣候（降雨、蒸發、氣溫、氣壓等）、水文、地質、土壤、生物等幾個方面；人為因素：包括灌溉、開采、註水、排水等等。產生非震的植物異常的因素，是植物生長發育中遭病蟲害或氣象異變，地表形變等。
地震前的宏觀異常的特點：
第一，這些前兆都受地質構造控制，呈條帶狀或與本地構造線一致的方向分布，未來震央區相對密集。
第二，這些異常在時間上有同步性、數量上有集中性，體現出種類多、範圍廣、數量大、反應強烈的特點。
常見異常
人的感官能直接覺察到的地震異常現象稱為地震的宏觀異常。地震宏觀異常的表現形式多樣且復雜，異常的種類多達幾百種，異常的現象多達幾千種，大體可分為地下水異常、生物異常、地聲異常、地光異常、地震雲、氣象異常等。
地下水異常
地下水包括井水、 泉水等。主要異常有發渾、冒泡、翻花、 升溫、變色、變味、突升 、突降、泉源突然枯竭或湧出等。
生物異常
許多動物的某些器官感覺特別靈敏，它能比人類提前知道一些災害事件的發生，例如海洋中 水母能預報風暴，老鼠能事先躲避礦井崩塌或 有害氣體的侵入等等。至於在視覺、聽覺、觸覺、 振動覺、平衡覺器官中，哪些起了主要作用，哪些又起了輔助判斷作用，對不同的動物可能有所不同。伴隨地震而產生的物理、 化學變化（振動、 電、 磁、氣象、 水氡含量異常等），往往能使一些動物的某種感覺器官受到刺激而發生異常的反應。如一個地區的重力發生變異，某些動物可能能透過它的平衡 器官感覺到；一種振動異常，某些動物的 聽覺器官也許能夠察覺出來；地震前地下 巖層早已在逐日緩慢活動，呈現出蠕動狀態，而 斷層面之間又具有強大的摩擦力，於是有人認為在摩擦的斷層面上會產生一種每秒鐘僅幾次至十多次、低於人的聽覺所能感覺到的低頻聲波。人只能感覺得到每秒20次以上的聲波，而動物則不然。那些感覺十分靈敏的動物，在感觸到這種聲波時，便會驚恐萬分、狂躁不安，以致出現冬蛇出洞，魚躍水面，豬牛跳圈，在淺海處見到深水魚或陌生魚群。 雞飛狗跳等異常現象。動物異常的種類很多，有大牲畜、家禽、穴棲動物、 冬眠動物、魚類等等。
地震前兆
地震前動物反應以及動物的異常表現:
牛、馬、驢、騾:驚慌不安、不進廄[jiù]、不進食、亂鬧亂叫、打群架、掙斷韁繩逃跑、蹬地、刨地、行走中突然驚跑。
豬:不進圈、不吃食、亂叫亂鬧、拱圈、越圈外逃。
羊:不進圈、不吃食、亂叫亂鬧、越圈逃跑、鬧圈。
狗:狂吠不休、哭泣、嗅地扒地、咬人、亂跑亂鬧、叼著狗崽搬家、警犬不聽指令。
貓:驚慌不安、叼著貓崽搬家上樹。
兔:不吃草、在窩內亂鬧亂叫、驚逃出窩。
鴨、鵝:白天不下水、晚上不進架、不吃食、緊跟主人、驚叫、高飛。
雞:不進架、撞架、在架內鬧、上樹。
鴿:不進巢、棲於屋外、突然驚起傾巢而飛。
鼠:白天成群出洞、像醉酒似的發呆、不怕人、驚恐亂竄、叼著小鼠搬家。
蛇:冬眠蛇出洞在雪地裏凍僵、凍死、數量增加、集聚一團。
魚:成群漂浮、狂遊、跳出水面、缸養的魚亂跳、頭尾碰出血、跳出缸外、發出叫聲、呆滯、死亡。
蟾蜍(癩蛤蟆):成群出洞。
氣象異常
人們常形容 地震預報科技人員是「上管 天，下管 地，中間管空氣」，這的確有道理。地震之前，氣象也常常出現反常。主要有震前悶熱，人焦灼煩躁，久旱不雨或陰雨綿綿，黃霧四散，日光晦暗，怪風狂起，六月 冰雹（飛雪）等等。
地光
地震雲：地震雲是非氣象學中雲體分類的一種預示地震的雲體，在地震發生前雲體的顏色為：白色、灰色、橙色或者橘紅色。 地震雲的特點：大風不易改變其形態，天空和雲有明顯的 分界線，多出現波狀。地震雲的形成沒有統一的理論，只有一些假說。
有學者認為，地震發生時，地球內部積聚起巨大的能量。因此從發生地震的前幾天起，地熱升高，它的波變為上升氣流，以同心圓狀擴散到同溫層，使一千米高空的雨雲形成細長的稻草狀的地震雲。
地震雲除了可能發生在震央區的上空外，也可能發生在遠離震央區的應力集中的斷裂帶的上空，這時，當遠處即將發生地震時，應力本來就比較集中的斷裂，又受到遠處震央區震前的擴容運動的作用，使斷裂帶的應力更加集中。這樣，在這個斷裂帶上，由於構造運動，巖石受擠壓，產生摩擦而發熱，不斷地有熱氣流上升，從而在其上空形成與斷裂走向一致的條帶狀地震雲。
由於與震源區傳來的應力方向垂直的斷裂往往受力最大，因此，震央位置往往和地震雲方向相垂直。在某些處於斷裂交匯處的震央區，應力高度集中，並隨距離而衰減，因此會產生焦點位於震央區上空的輻射狀地震雲。
地震雲也是雲，它和其它的雲的根本區別點在於地震雲是地震構造活動的氣象反應。利用地震雲進行地震監測和預報的過程中，如何從千姿百態的雲中辨識地震雲是首要的，也是最重要的工作。根據一些學者的研究，地震雲具有以下區別於其它氣象雲的不同特征：時間上，地震雲都是突然出現；空間分布上，地震雲和斷裂構造帶密切聯系，它們多形成在斷裂帶上方，尾部總是指向震央附近；形狀上，主要是線形，還有平行線，蛇形，魚鱗形。一些學者等認為地震雲系地下氣體沿斷層上升，主要呈細長稻草繩狀或長條帶狀。還有一些學者把地震雲分為豆狀雲、蜂窩狀雲、環形雲、尾巴雲、黑孔雲、串珠雲、漩渦雲等。
射線雲:浮雲在天空會呈極長的射線形，射線中心指向的位置就是中心地震的位置，這樣的射線雲很容易被人們觀察到。
地震雲:地震雲是非氣象學中雲體分類的一種預示地震的雲體，在地震發生前雲體的顏色為:白色、灰色、橙色或者橘紅色。 地震雲的特點:大風不易改變其形態，天空和雲有明顯的分界線，多出現波狀。地震雲的形成沒有統一的理論，只有一些假說。
地震雲的形成有三種說法:
熱量學說:地震即將發生時，因地熱聚集於地震帶，或因地震帶巖石受強烈重力作用發生激烈摩擦而產生大量的熱量，這些熱量從地表面溢位，使空氣增溫產生上升氣流，這氣流於高空形成"地震雲"，雲的尾端指向地震發生所在地。
電磁學說:地震前巖石在地應力作用下出現"壓磁效應"，從而引起地磁場局部變化;地應力使巖石被壓縮或拉伸，引起電阻率的變化，使電磁場有相應的局部變化。由於 電磁波影響到高空 電離層而出現了電離層電漿濃度銳減的情況，從而使水汽和塵埃非自由的有序排列從而形成了 地震雲。
氡氣成因說:正常存在於地層中的由多種帶電荷的 放射性同位素組成的氡氣，受板塊運動的擠壓下，其正常釋放到大氣中的數量會在板塊應力累積和地應力突變時，發生跳躍式的變化，這種變化會在大氣層中與遊離水分子產生宏觀的雲室效應，就是我們看到的地震雲，地震雲實際上是地氡的釋放軌跡。地氡是地震常規檢測的指標元素。由多種帶電的放射性同位素構成的氡氣具備雲室效應和地震前氡氣的突變都是實測證明了的，地震雲是由有板塊運動導致的氡氣過量集中釋放，在大氣中和遊離的水分子形成宏觀的雲彩(雲室效應)，所以地震雲的氡氣成因論是具備理論和實踐基礎的。
地聲異常
地聲異常是指地震前來自地下的聲音。其聲有如炮響雷鳴，也有如重車行駛、大風鼓蕩等。當地震發生時，有 縱波從震源輻射，沿地面傳播，使空氣振動發聲，由於縱波速度較大但勢弱，人們只聞其聲，而不覺地動，需橫波到後才有動的感覺。所以，震央區往往有"每震之先，地內聲響，似地氣鼓蕩，如鼎內沸水膨漲"的記載。如果在震央區，3級地震往往可聽到地聲。地聲是地下巖石的結構、構造及其所含的液體、氣體運動變化的結果，有相當大部份地聲是臨震征兆 。掌握地聲知識就有可能對地震起到較好的預報預防效果。
地光異常
地光異常指地震前來自地下的光亮，其顏色多種多樣，可見到日常生活中罕見的混合色，如銀藍色、白紫色等，但以紅色與白色為主；其形態也各異，有帶狀、球狀、柱狀、彌漫狀等。一般地光出現的範圍較大，多在震前幾小時到幾分鐘內出現，持續幾秒鐘。中國 海城、龍陵、唐山、 松潘等地震時及地震前後都出現了豐富多彩的發光現象。地光多伴隨地震、山崩、 滑坡、塌陷或噴沙冒水、噴射等自然現象同時出現，常沿斷裂帶或一個區域作有規律的遷移，且與其他宏觀微觀異常同步，其成因總是與地殼運動密切相關。且受地質條件及地表和大氣 狀態控制，能對人或動、植物造成不同程度的危害。異常報告，都在震前幾秒鐘至1分鐘左右我們所掌握的地光。如 海城地震， 瀾滄、耿馬地震等都搜集到了類似的報告。
地氣異常
地氣異常指地震前來自地下的霧氣，又稱地氣霧或地霧。這種霧氣，具有白、黑、黃等多種顏色，有時無色，常在震前幾天至幾分鐘內出現，常伴隨怪味，有時伴有聲響或帶有高溫。
地動異常
地動異常是指地震前地面出現的晃動，科學上將他稱為前震（foreshock）。前震的定義是：所有先於最大震級的震動都稱作前震。有些前震人可以感覺得到。最為顯著的地動異常出現於1975年2月4日海城7.3級地震之前，科學家們也透過前震對海城地震做出了準確預報。從1974年12月下旬到1975年1月末，在 丹東、寬甸、 鳳城、沈陽、岫[xiù]巖等地出現過17次地動。
地鼓異常
地鼓異常指地震前地面上出現鼓包。1973年2月6日四川爐霍7.9級地震前約半年， 甘孜縣拖壩區一草坪上出現一地鼓，形狀如倒扣的鐵鍋，高20厘米左右，四周斷續出現裂縫，鼓起幾天後消失，反復多次，直到發生地震。與地鼓類似的異常還有 地裂縫、地陷等。
電磁異常
電磁異常指地震前家用電器如收音機、電視機、日光燈等出現的異常。最為常見的電磁異常是收音機失靈，在北方地區日光燈在震前自明也較為常見。1976年7月28日唐山7.8級地震前幾天，唐山及其鄰區很多收音機失靈，聲音忽大忽小，時有時無，調頻不準，有時連續出現 噪音。同樣是 唐山地震前，市內有人見到關閉的 熒光燈夜間先發紅後亮起來，北京有人睡前關閉了日光燈，但燈仍亮著不息。
