Zařízení SONAR se používá na většině lodí k měření hloubky vody. Toho se dosahuje vysláním akustického impulzu a měřením času pro ozvěnu neboli návrat ode dna. Při znalosti rychlosti zvuku ve vodě se hloubka vypočítá vynásobením rychlosti jednou polovinou ujetého času (pro jednosměrnou cestu). SONAR se také používá k detekci velkých podvodních objektů a k vyhledávání velkých koncentrací ryb. Složitější systémy SONAR pro detekci a sledování se nacházejí na palubách námořních lodí a ponorek. V přírodě jsou netopýři dobře známí tím, že využívají echolokaci, stejně jako sviňuchy a některé druhy velryb. SONAR by se neměl zaměňovat s ultrazvukem, což je jednoduše zvuk o frekvencích vyšších, než je práh lidského sluchu – více než 15 000-20 000 cyklů za sekundu neboli hertzů (Hz). Ultrazvuk se používá ve velmi malém měřítku a při vysokém výkonu k rozbíjení materiálu a k čisticím účelům. Ultrazvuk s nižším výkonem se používá terapeuticky, k ošetření poranění svalů a tkání.
SONAR je velmi směrový, takže signály jsou vysílány v úzkých paprscích různými směry k prohledávání vody. SONAR obvykle pracuje na frekvencích v rozmezí 10 000-50 000 Hz. Ačkoli vyšší frekvence poskytují přesnější údaje o poloze, s frekvencí se také zvyšují ztráty šíření. Pro detekci na větší vzdálenost (až 10 mil ) se proto používají nižší frekvence na úkor přesnosti lokalizace.
Akustické vlny jsou detekovány pomocí hydrofónů, což jsou v podstatě podvodní mikrofony. Hydrofony jsou často rozmístěny ve velkých skupinách, tzv. soustavách, které tvoří síť SONAR. Pole SONAR poskytují také cenné směrové informace o pohybujících se zdrojích. Elektronika a zpracování signálu hrají velkou roli ve výkonu hydrofonů a obecně systému SONAR.
Šíření zvuku ve vodě je poměrně složité a velmi závisí na teplotě, tlaku a hloubce vody. Rychlost šíření zvuku mění také salinita, tedy množství soli ve vodě. Obecně platí, že teplota oceánu je nejteplejší u hladiny a s hloubkou klesá. Tlak vody však s hloubkou roste, což je dáno hmotností vody. Teplota a tlak tedy mění tzv. index lomu vody. Stejně jako se světlo láme nebo ohýbá hranolem, akustické vlny se neustále lámou nahoru nebo dolů a odrážejí se od hladiny nebo ode dna. Paprsek SONAR šířící se podél vody tímto způsobem připomíná automobil jedoucí po pravidelně rozmístěných kopcích a údolích. Protože mezi těmito kopci může být objekt skrytý, musí být pro správné vyhodnocení výkonu SONARu známy vodní podmínky.
Při lokalizačních a sledovacích operacích existují dva typy režimů SONARu, aktivní a pasivní. Echolokace je aktivní technika, při níž je vyslán impuls a poté, co se odrazí od objektu, je detekován. Pasivní SONAR je citlivější, pouze naslouchací SONAR, který nevysílá žádné impulsy. Většina pohybujících se objektů pod vodou vydává nějaký zvuk. To znamená, že je lze detekovat pouhým poslechem šumu. Příklady podvodního hluku jsou mořský život, kavitace (malé kolabující vzduchové kapsy způsobené lodními šrouby), praskání trupu ponorek při změně hloubky a vibrace motorů. Některé vojenské pasivní sonary jsou tak citlivé, že dokáží odhalit lidi hovořící uvnitř jiné ponorky. Další výhodou pasivního SONARu je, že jej lze použít i k detekci akustické signatury. Každý typ ponorky vyzařuje určité akustické frekvence a složený akustický vzor každého plavidla je jiný, podobně jako otisk prstu nebo podpis. Pasivní SONAR je převážně vojenský nástroj používaný k lovu ponorek. Důležitým prvkem lovu je neprozradit vlastní polohu. Pokud však pasivní SONAR nic neslyší, je člověk nucen přepnout do aktivního režimu, ale tím riskuje, že upozorní druhého na svou přítomnost. Použití SONARu se v tomto případě stalo sofistikovaným taktickým cvičením.
Další, nevojenské aplikace SONARu, kromě vyhledávání ryb, zahrnují vyhledávání vraků lodí, sondování přístavů, kde je špatná viditelnost, oceánografické studie, vyhledávání podvodních geologických zlomů a mapování oceánského dna.
.