La fase de exploración se conoce también como fase upstream o fase 0 del sector hidrocarburos. En esta etapa, las compañías petroleras inician las actividades para identificar formaciones geológicas que pudieran contener yacimientos de hidrocarburos.

La fase de exploración legalmente tiene una duración de seis años. En esta fase, el contratista se compromete a llevar a cabo el programa exploratorio. Es durante esta fase que se realizan las actividades de planeación, localización de los trabajos, socialización y gestión de las licencias ambientales. Luego, se desarrollan las actividades relacionadas con la perforación de pozos exploratorios y la adquisición de sísmica.

En caso de darse un descubrimiento, el contratista debe dar un aviso a la ANH para poder continuar con un programa de evaluación durante uno o dos años, con una posible prórroga en caso de justificarse. Potencialmente, puede darse una extensión de dos años para descubrimientos de gas natural o de crudo pesado, con el fin de permitir la planificación de proyectos complejos y el desarrollo del mercado. Posteriormente, y según los resultados obtenidos, se puede presentar la declaración de comercialidad que es necesaria para dar inicio al periodo de explotación.