开发一座新的稀土元素矿的第一步，是找到一批适宜的稀土元素矿藏。对新矿藏的勘探可能有两种情况：一种是绿地勘探，即寻找过去没有开采过的新矿山。另一种是褐地勘探，即在现有的和过去有过采矿活动的区域附近勘探。绿地勘探可能以没有勘探过的前沿地区为目标，或者跟随过去勘探过的结果。褐地勘探包括在就近的矿山寻找已知储量和延伸的资源，以及勘探在已有业务活动附近的新矿藏。后者可以延长现有矿山的寿命，或者导致以前矿山的完全再开发。
勘探是一种用有限资本进行的不确定过程。一个勘探者的目标，是以最少的支出发现合乎目标的某一种类、规模和质量的一座新的矿藏。勘探者要根据有利的指示数字进行，要在预算许可的范围达到目的。如果发现有与预期目标相反现象的证据，或结果不足以证明值得做进一步的工作，这个勘探计划将被削减。勘探通常在周期中运行，矿物价格短期和中期的上扬会促进勘探。在价格周期的低端，会对勘探活动只有少量或完全没有促进作用。任何特定的探矿可能会在几十年中让不同的团体遇到许多勘探的故事；这些故事是受价格周期推动的，如新的节省成本的技术，改进的勘探观念和方法，以及获得土地的变幻莫测和勘探的管理。
就稀土元素说，过去勘探做得很少，最紧张的稀土元素直接勘探只是现在才在进行中（2010）。许多过去的重要发现，是靠偶然的好运气——世界最大的稀土元素矿山——中国的白云鄂博，最初是当作铁矿开采的。从这种矿石生产出来“有趣”的钢受到调查，并且发现它被稀土元素所污染（Laznicka2006）。加州的帕斯山，是美国地质调查局希望找到铀在进行其无线电活动勘测项目时发现的。许多含有稀土元素的碳酸盐矿藏，最初是作为铌或磷酸盐的来源勘探的。
稀土元素矿藏的发现，必须靠广泛的掘沟、钻孔和取样。最初要在一个广阔空间格栅中钻孔，用以评估矿物化的范围和丰度。如果结果很好，这一矿藏将在不断缩小的空间中钻探，直到足够规模的、经过量度的资源被确认。与此同时，基线环境研究将完成，获得的大量取样要进行冶金测试。一个概念性的采矿计划和冶炼计划要设计出来，还要进行初步的经济可行性研究。如果这些结果都很好，进一步的工作将是作出一个最佳的开采计划，落实工厂规模的冶金程序，开始申请许可证，并且进行明确的经济可行性研究。如果可行性研究是正面的，将要寻求融资，要同详细工厂设计一起进一步提出许可证申请。通常许可证将要求一个经过批准的营业计划，一个积极的环境影响研究报告，以及某种由政府部门发给的最后许可。如果要求外部融资，一个独立的尽职报告将验证可行性研究的结果。
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