直接開采
直接開采包括露天和井下兩種開采方式。露天開采適合於埋藏較淺的礦床開采，成本低，安全系數高，遼寧撫順和廣東茂名就是典型的例子。井下開采有豎井、水平坑道采礦兩種方式，適合於埋藏較深的礦床。直接開采是較原始的開采方式，局限性比較大，對生態環境的破壞也十分嚴重，主要表現在三個方面：
壹是生態及水質破壞嚴重。無論是露天采礦還是井下采礦，都需要把地下水位降低到含油頁巖層的層位以下，開采1立方米油頁巖，壹般需要抽出25立方米的地下水；采礦水極大地增加了地表水、地下水中硫酸鹽的含量。在巴西，油頁巖采礦長期破壞著礦山及其附近的生態平衡和水位水質的穩定。
二是灰渣汙染嚴重。通過直接開采得到的油頁巖用於提煉頁巖油或直接燃燒，產生大量灰渣，如果不回收利用則不僅會造成空氣汙染，且廢棄灰渣占地面積大，其中金屬元素和微量元素滲入地下水體，危害人們生產生活。
三是直接開采占地較多，壹旦開墾就無法完全修復。
地下轉化工藝
地下轉化工藝（ICP）是殼牌公司投入巨資研發出的開采油頁巖及其他非常規資源的專利技術，對開發深部油頁巖尤其有利。ICP開采油頁巖的基本原理是在地下對油頁巖礦層進行加熱和裂解，促使其轉化為高品質的油或氣，再通過相關通道將油、氣分別提取出來；將這些高品質的油（氣）采集到地面進行加工後，可生產出石腦油、煤油等成品油。該技術的突出優點是：提高了資源開發利用效率；減少了開采過程中對生態環境的破壞，即少占地、無尾渣廢料、無空氣汙染、少地下水汙染及最大限度地減少有害副產品的產生。盡管該項技術現在還未完全商業化，但關鍵的工藝、設備等技術問題都已解決，並在美國科羅拉多州和加拿大阿爾伯特省進行了商業示範。按照2005年5月每桶原油開發成本計算，傳統的幹餾技術為20美元/桶，使用ICP技術生產成本為12美元/桶，ICP技術成本低於傳統的幹餾技術，該技術在油價高於25 美元/桶時可以盈利。中國吉林省油頁巖資源豐富，但大部分埋藏於平原耕地之下，或者埋藏較深，吉林省地質礦產勘查開發局與殼牌勘探有限公司於2004年12月8日簽署合作框架協議書，根據殼牌公司在北美ICP技術的研發及對吉林省油頁巖資源的勘察情況，合資公司預計於2006年開始ICP技術商業示範，2010年後將開始全面商業運行。
油頁巖的開采方式經過近兩個世紀的發展，已取得許多成功的經驗，並在不斷改進，成熟的開采技術是油頁巖工業崛起的有力保障。 國內主要采用的撫順幹餾工藝，其他工藝大多處於試驗階段。技術水平整體較低，跟行業內技術研究多山公司、地方政府支持、研究周期和規模不大有關。07年國家發改委公布《產業結構調整指導目錄（2007年木）》，表示在今後幾年將從信貸、稅收等方而大力支持油頁巖、油砂等非常規能源的發展，產業技術發展有望突破。
隨著技術進步和環保意識的增強，油頁巖資源從單純的能源利用發展到綜合利用，極大地提高了資源利用率，降低了成本，減少了環境汙染，為資源的可持續利用提供了保障。油頁巖礦石采出之後，最先是作為能源而被使用的，即幹餾煉油和作為燃料。油頁巖幹餾後的頁巖油可作為燃料油出售，也可以通過加氫精制和非加氫精制的方法生產輕柴油，提高頁巖油附加值，精制後的重油作燃料使用。油頁巖做燃料主要是用來發電，即直接用作鍋爐燃料或進行低溫幹餾產生氣體燃料而發電，還可用於供暖和長途運輸。幹餾和直接燃燒產生的灰渣和廢氣有不同的用途，灰渣可以用來充填礦井、制取水泥或陶粒、制磚等，現在有很多成功利用頁巖廢渣的技術；廢氣可以作為燃料燃燒產生蒸汽後供生產、生活使用，也可以循環利用，為油頁巖的幹餾提供熱源。
油頁巖的使用主要集中在提煉頁巖油和發電上，因此幹餾工藝和燃燒鍋爐的發展直接影響著使用效果，降低成本、註重環保和充分利用資源的要求促進了油頁巖利用技術的革新，主要表現在幹餾工藝和燃燒鍋爐的改進上。
幹餾技術
目前，世界上許多國家都對油頁巖幹餾方法進行了研究，有的已形成工業化生產規模，中國、俄羅斯、愛沙尼亞的發生式爐及德國LR爐處理量小，油收率較低，工藝不先進，但投資少，適用於小規模的頁巖煉油廠；愛沙尼亞Kiviter爐和美國TOSCO-Ⅱ爐處理量較大，投資中等，適用於中等規模的油頁巖煉油廠；愛沙尼亞Galoter 、巴西Petrosix及澳大利亞Alberta-Taciuk爐處理量大，油收率高，產高熱值煤氣，投資高，適用於大、中型油頁巖煉油廠。
油頁巖懸浮燃燒與氣化技術
油頁巖作為燃料用於發電經歷了漫長的研究開發過程，從油頁巖懸浮燃燒與氣化到油頁巖流化床燃燒再到油頁巖循環流化床燃燒，技術不斷進步，效益不斷提高，汙染不斷減少。
前蘇聯采用懸浮燃燒方式直接利用油頁巖燃燒發電，20世紀50至70年代先後在愛沙尼亞和波羅的海建立3座電廠，總裝機容量為2415MW，所配鍋爐出力為65～320噸/小時。但出現了很多問題：鍋爐實際出力減小，爐膛結焦，受熱面高溫腐蝕，尾部受熱面堵灰；SO2和NOX 排放量大，嚴重汙染環境；制粉系統耗電量大，鍋爐維修費用高，運行不經濟；機組可靠性差，經常被迫停機，且停爐檢修時很長等。
油頁巖流化床燃燒技術
前蘇聯首次開發燃油頁巖流化床鍋爐，於20世紀80年代對愛沙尼亞、波羅的海電站鍋爐進行了改造，廣東茂名、遼寧撫順也先後應用了油頁巖流化床鍋爐，其突出優點是減少了爐膛結焦的可能性，對流受熱面上也沒有嚴重積灰，煙氣中NO及NO2含量小，燃燒過程中可以吸收大量硫，鍋爐實際輸出功率增大，飛灰不會粘汙鍋爐過熱器和省煤器管束，鍋爐熱效率達70%以上。實踐證明油頁巖流化床燃燒發電在技術上是可行的，但效率較低、經濟效益較差。
油頁巖循環流化床燃燒技術
循環流化床燃燒技術（CFBC）有效地提高了油頁巖的利用率和鍋爐的熱效率，減少了汙染氣體的排放。它是油頁巖發電最有利的燃燒方式，具有良好的煤種適應性、低溫燃燒、燃用寬篩分顆粒，SO2、NO及NO2的排放量非常低，鍋爐的效率在80%以上，這些突出的優點給油頁巖能源利用和油頁巖燃燒發電技術註入了新的活力，帶來了新的機遇。中國、以色列等國在油頁巖循環流化床燃燒發電的能源利用研究方面取得了成功經驗，1989年以色列建成首臺半商業化油頁巖循環流化床燃燒示範電站，采用芬蘭Ahlstrom公司的50噸/小時循環流化床鍋爐。20世紀90年代以色列采用230噸/時循環流化床鍋爐建造壹座燃用油頁巖商業化電廠，1996年吉林省樺甸油頁巖示範熱電廠采用3臺東北電力學院研究制65噸/小時低倍率循環床油頁巖電站鍋爐，實現長期穩定運行。
油頁巖的應用技術得到長足發展，給許多國家的經濟發展做出了很大貢獻。但不同國家油頁巖主要用途差別較大，愛沙尼亞主要用來發電和提煉頁巖油，近40年其電力生產的99%主要依賴於油頁巖，巴西主要用作運輸燃料，德國主要用於制造水泥和建築材料，中國和澳大利亞主要用於提煉頁巖油和用作燃料，俄羅斯和以色列主要用於發電。