L'exploitation des ressources du sous-sol implique une succession d'opérations et la confrontation à de multiples difficultés. Pour mener à bien leur exploitation, les mineurs firent appel à un ensemble de solutions techniques qui évoluèrent constamment au cours des âges.

La découverte d'un gisement s'effectue par l'observation et la prospection des affleurements en surface, tâches facilitées en montagne par une bonne visibilité des roches. Mais la plupart des indices ainsi découverts ne sont pas exploitables, trop pauvre ou trop peu étendus. Les recherches se poursuivent alors par des travaux souterrains : des galeries, des puits ou des descenderies qui suivent la minéralisation ou tentent de la recouper en profondeur.

La minéralisation exploitable est extraite dans les chantiers qui prennent alors la forme géométrique du gisement et forment des salles ou plus souvent des grandes fissures plus ou moins inclinées et plus ou moins larges. Au fur et à mesure de leur creusement, ces chantiers peuvent être renforcés par des étais en bois, des murs ou des piliers de roche laissés sur place. Généralement, le minerai fait l'objet d'un premier tri sur place. Le stérile et parfois le minerai pauvre, sont abandonnés en remblais dans les chantiers abandonnés ; cela limite les effondrements et diminue le transport. Pour abattre le minerai, et aussi la roche encaissante afin de se frayer un passage, les mineurs utilisent le pic, le marteau et la pointerolle en roche tendre et dure, et recourent à la taille au feu en roche très dure. À partir du XVIIe siècle, apparaît l'abattage à la poudre noire, explosif à base de charbon, salpêtre et soufre, qui sera grandement perfectionné à partir de 1860 par la perforation mécanique à l'air comprimé ou à l'électricité. Pour transporter horizontalement le minerai et le stérile, on a recours au portage, puis au brouettage, et à partir du XVe siècle au roulage. Pour le transport vertical ou tirage, on utilise des treuils. Lorsque les exploitations s'étendent, le transport devient crucial et on aménage alors des niveaux de galeries et des puits qui organisent la mine.

Détail du graduel de Kutna-Hora (1490) Mine d'argent qui a fait la fortune de la ville de Kutna-Hora, aujourd'hui en République Tchèque.

L'aérage des travaux est facilité par des ouvrages spécifiques; puits d'aérage, cloisonnement des galeries. On utilise les courants d'air qui se créent naturellement entre l'intérieur de la mine et la surface. Les eaux d'infiltration sont canalisées par des rigoles et des galeries d'exhaure jusqu'à l'extérieur. En profondeur, on installe  des pompes.

Dès l'antiquité, on a recours à des machines dans les mines très profondes. À partir de la Renaissance, les techniques se perfectionnent et l'on trouve alors des ventilateurs, des pompes refoulantes, des treuils, mis en mouvement par des roues hydrauliques ou des manèges à chevaux. À partir du XVIIIe siècle, apparaissent les machines à vapeur, puis à la fi n du XIXe siècle, l'air comprimé et l'électricité.

Le minerai amené au jour, doit subir généralement un traitement préalable appelé la minéralurgie. Cet ensemble d'opérations a lieu dans un établissement situé à proximité des sites d'extraction. Il s'agit de trier et d'enrichir le minerai, voire de séparer les différents minerais métalliques. Ce traitement a longtemps été manuel : tri à la main, concassage sur des enclumes en pierre, lavage sur des plans inclinés en bois, etc. Au XVe siècle, apparaissent les premières machines de broyage. Au XIXe siècle, les opérations de minéralurgie connaissent des perfectionnements considérables et la majeure partie des opérations sont mécanisées. Au début du XXe siècle, on passe à de nouveaux modes d'enrichissement par voie chimique : la flottation, la cyanuration, etc.

Concentré à une teneur satisfaisante, le minerai peut enfin subir les opérations complexes qui visent à séparer les éléments chimiques et à obtenir le métal pur : c'est la métallurgie. Elle s'opère dans des fonderies qui traitent souvent les minerais de plusieurs mines.