潛水艇能自由沉浮原理是阿基米德定律，即浮性定律。改變潛水艇自身密度（重力），當壓力艙中無水，潛水艇密度小於水的密度（潛水艇重力小於浮力）潛水艇上浮直至漂浮；當壓力艙中排入水，潛水艇密度大於水的密度（潛水艇重力大於浮力）潛水艇下沉。
進入靜止氣體或液體的物體受到浮力，往空的壓載水艙裡注水，潛艇就變重了，這時潛艇的重量就會大於它排開水的重量（即大於浮力），潛艇就逐漸下潛。反之，潛艇就會浮出水面。
阿基米德定律定律指出，浸入靜止流體中的物體受到一個浮力，其大小等於該物體所排開的流體重量，方向豎直向上並通過所排開流體的形心。當物體的重量大於浮力時它就會下沉；小於浮力時就會上浮；等於浮力時就會懸停在液體中，這兩個力大小相等，但方向正好相反（重力垂直向下，浮力垂直向上）。
