在水中，任何物體都會受到重力和浮力的影響。如果重力小於浮力，物體就會漂浮在水面上;如果重力大於浮力，物體就會沉入水中。當重力和浮力相等或相差較小時，物體就能「懸浮」在水中一定位置。潛水艇就是通過改變重力和浮力的差值，實現既能在水面航行，又能下沉到海洋深處潛航的功能。
當物體的體積一定時，它在水中所受到的浮力就是某個固定的值。由於潛水艇的外形是不變的，因此它只能通過改變自身的重力來實現下潛上浮。科學家在設計潛水艇時，給它做了內外兩個殼體。在內層殼體和外層殼體之間的空隙中，分隔出若干個水艙，稱爲壓載水艙。每個水艙都裝有進水閥和排水閥。只要打開進水閥，讓海水進入壓載水艙，潛水艇的重量就會增加。當重量大於潛水艇所受的浮力時，潛水艇將逐漸下沉。只要控制好潛水艇的重量，就能讓它懸浮於水中任何深度。當潛水艇需要上浮時，先關閉進水閥，打開排水閥，再用高壓空氣將壓載水艙中的海水排出去，使潛水艇的所受的重力比浮力小，它就會浮出水面。