Mithilfe der Luftbildarchäologie werden Luftbildfotografien erstellt und ausgewertet. Die aus der Luft erfolgende Untersuchung des Bodens bedient sich verschiedener Aspekte, wie:

• Schattenmerkmale: Diese werden unter bestimmten optischen Verhältnissen – etwa bei Schräglicht in den Morgen- und Abendstunden – sichtbar.
• Bewuchsmerkmale: Diese zeigen sich in Differenzen von Kümmerwachstum und Üppigkeit des Bewuchses.
• Bodenmerkmale: Diese umfassen die Unterschiede in der Bodenfärbung.

Hinzu kommt die Stereofotogrammetrie, ein Verfahren, mit dem eine dreidimensionale Erdvermessung durch Fotografie in zwei Ebenen möglich ist.

In der Satellitenarchäologie kommen weitere Daten aus der Erdvermessung hinzu. Mit den modernen Satellitengenerationen stehen solche Daten seit Mitte der 2010er in ausreichender Detailgenaue im Dezimeterbereich zu Verfügung, um zumindest bauliche Strukturen zu identifizieren. Des Weiteren Daten aus der Geophysikalischen Archäologie wie Infrarotbilder, Magnetometrie oder Radar, die bei der Überfliegung mit Flugzeugen anfallen.

Luftbildarchäologie kann heutzutage mit einfachen Mitteln durchgeführt werden. Bei der Suche nach Anzeichen für alte Schiffswracks können Drohnen und auch Google Earth hilfreich sein. Letzteres sogar von zu Hause aus.

Einige Beispiele:

1985 entdeckte der Luftbildarchäologe Otto Braasch bei einem Erkundungsflug über die Gemarkung der unterfränkischen Stadt Marktbreit am Main im Landkreis Kitzingen in Bayern, ein frührömisches Legionslager aus der Zeit des Kaisers Augustus, das Römerlager Marktbreit. Das Lager gehört zu den wenigen aufgrund von Luftbildern identifizierten römischen Kastellen. Bis 1993 erforschten zahlreiche Archäologen die 37 Hektar große Anlage auf der Anhöhe über Marktbreit. Die Grabungen legten die Überreste zentraler Verwaltungsgebäude mit Präfektur, Speicherbau, Mannschaftsunterkünften sowie zwei Toranlagen frei. Das Lager wurde jedoch nie fertiggestellt.

1991 wurden am nordwestlichen Ortsrand von Goseck (Burgenlandkreis) in Sachsen-Anhalt bei einem Erkundungsflug ebenfalls durch den Luftbildarchäologen Otto Braasch  ringförmige Bodenverfärbungen entdeckt und als mögliches Bodenmerkmal einer archäologischen Fundstelle gemeldet. Diese von ihm entdeckte jungsteinzeitliche Kreisgrabenanlage wurde zwischen 2002 und 2004 im Rahmen eines interdisziplinären Forschungsprojektes vollständig ausgegraben.

Im Jahr 1992 entdeckte der Luftbildarchäologe Otto Braasch bei einer Flugprospektion südlich von Süpplingenburg in Niedersachsen 80 dunkle Flecken auf einem Feld und meldete dies dem Niedersächsischen Landesamt für Denkmalpflege. Bei Grabungen vor Ort konnten 14 Grubenhäuser freigelegt werden, die jeweils etwa einen Meter in den Boden eingetieft waren.