Planer godkändes för Coastal Oil and Gas Limited att borra i ett fält vid St Nicholas.
Tillståndet tillåter inte företaget att utföra fracking - hydraulisk spräckning av marken - att utvinna någon olja eller gas.
Fracking är föremål för ett tillfälligt förbud i Wales tills beslutsbefogenheterna i praktiken har delegerats.
Naturresurs Wales sade att det hade gjort en "torgig bedömning" av företagets planer innan godkänna dem, med allt arbete inklusive återinträde av marken som ska slutföras inom 12 månader.
"Det är viktigt att all verksamhet av detta slag inte skadar miljön, och detta tillstånd gör det tydligt vad Coastal Oil and Gas Limited kommer att behöva göra för att följa detta", sade en talesman.
"När arbetet väl har börjat, kommer våra officerare att reglera och övervaka platsen för att se till att den uppfyller villkoren för tillståndet, för att skydda människor och miljön."
Tillståndet för undersökande borrning kommer trots ett moratorium för fracking i Wales i avvaktan på att ansvaret för sådana beslut delegeras.
I augusti uppmanade den brittiska regeringen råden i England att påskynda processen för godkännande av frackingprojekt.
Men naturresursminister Carl Sargeant sade fracking teknik var "oproven", och att walesiska arbetsmarknadsministrar föredrog att titta på förnybar energi.
Tillstånd har givits för undersökande borrning för olja och gas i Glamorgandalen.