SONAR-udstyr anvendes på de fleste skibe til måling af vanddybden. Dette gøres ved at sende en akustisk impuls og måle tiden for ekkoet, eller returen fra bunden. Ved at kende lydens hastighed i vandet beregnes dybden ved at multiplicere hastigheden med halvdelen af den tilbagelagte tid (for en envejsrejse). SONAR anvendes også til at opdage store undervandsobjekter og til at søge efter store koncentrationer af fisk. Mere sofistikerede SONAR-systemer til detektion og sporing findes om bord på flådefartøjer og ubåde. I naturen er flagermus kendt for at gøre brug af ekkolokalisering, og det samme gælder marsvin og nogle hvalarter. SONAR bør ikke forveksles med ultralyd, som blot er lyd med frekvenser, der er højere end den menneskelige hørelsestærskel – over 15.000-20.000 cyklusser pr. sekund eller hertz (Hz). Ultralyd anvendes i meget lille skala og med høj effekt til at bryde materiale op og til rengøringsformål. Ultralyd med lavere effekt anvendes terapeutisk til behandling af muskel- og vævsskader.
SONAR er meget retningsbestemt, så signalerne sendes i smalle stråler i forskellige retninger for at søge i vandet. SONAR opererer normalt ved frekvenser i intervallet 10.000-50.000 Hz. Selv om højere frekvenser giver mere præcise lokaliseringsdata, øges udbredelsestabet også med frekvensen. Lavere frekvenser anvendes derfor til detektion over længere afstande (op til 10 mi ) på bekostning af lokaliseringsnøjagtigheden.
Akustiske bølger detekteres ved hjælp af hydrofoner, der i det væsentlige er undervandsmikrofoner. Hydrofoner opstilles ofte i store grupper, såkaldte arrays, som danner et SONAR-net. SONAR-arrays giver også værdifulde retningsbestemte oplysninger om bevægelige kilder. Elektronik og signalbehandling spiller en stor rolle for hydrofoner og generelle SONAR-systemers ydeevne.
Lydudbredelsen i vand er ret kompleks og afhænger i høj grad af vandets temperatur, tryk og dybde. Salinitet, dvs. mængden af salt i vandet, ændrer også lydens udbredelseshastighed. Generelt er temperaturen i havet varmest ved overfladen og aftager med dybden. Vandtrykket stiger derimod med dybden på grund af vandmassen. Temperatur og tryk ændrer derfor det, der kaldes vandets brydningsindeks. Ligesom lys brydes eller bøjes af et prisme, brydes akustiske bølger hele tiden op eller ned og reflekteres fra overfladen eller bunden. En SONAR-stråle, der udbreder sig langs vandet på denne måde, ligner en bil, der kører langs regelmæssigt adskilte bakker og dale. Da det er muligt for et objekt at være skjult mellem disse bakker, skal vandforholdene være kendt for at kunne vurdere SONAR-ydelsen korrekt.
I lokaliserings- og sporingsoperationer findes der to typer SONAR-tilstande, aktive og passive. Echolokalisering er en aktiv teknik, hvor der sendes en impuls, som derefter registreres, når den preller af på et objekt. Passiv SONAR er en mere følsom SONAR, der kun lytter, og som ikke sender nogen impulser. De fleste objekter, der bevæger sig under vandet, laver en eller anden form for støj. Det betyder, at de kan detekteres blot ved at lytte efter støjen. Eksempler på undervandsstøj er havliv, kavitation (små kollapserende luftlommer forårsaget af propeller), skroget fra ubåde, der ændrer dybde, og motorvibrationer. Nogle militære passive SONAR’er er så følsomme, at de kan registrere folk, der taler i en anden ubåd. En anden fordel ved passiv SONAR er, at den også kan bruges til at registrere en akustisk signatur. Hver type ubåd udsender bestemte akustiske frekvenser, og hvert fartøjs sammensatte akustiske mønster er forskelligt, ligesom et fingeraftryk eller en signatur. Passiv SONAR er overvejende et militært værktøj, der bruges til ubådsjagt. Et vigtigt element i jagten er, at man ikke må afsløre sin egen position. Men hvis den passive SONAR ikke hører noget, er man tvunget til at gå over til aktiv tilstand, men derved risikerer man at gøre den anden opmærksom på sin tilstedeværelse. Brugen af SONAR er i dette tilfælde blevet en sofistikeret taktisk øvelse.
Andre, ikke-militære anvendelser af SONAR, bortset fra fiskesøgning, omfatter søgning efter skibsvrag, sondering af havne, hvor sigtbarheden er dårlig, oceanografiske undersøgelser, søgning efter geologiske undervandsforstyrrelser og kortlægning af havbunden.