SONAR-laitteita käytetään useimmissa aluksissa veden syvyyden mittaamiseen. Tämä tapahtuu lähettämällä akustinen pulssi ja mittaamalla kaiku eli pohjaan palaamisen aika. Kun tiedetään äänen nopeus vedessä, syvyys lasketaan kertomalla nopeus puoleen kuluneesta ajasta (yhdensuuntaisella matkalla). SONARia käytetään myös suurten vedenalaisten kohteiden havaitsemiseen ja suurten kalakeskittymien etsimiseen. Kehittyneempiä SONAR-järjestelmiä havaitsemiseen ja jäljittämiseen on merivoimien aluksissa ja sukellusveneissä. Luonnossa lepakot, pyöriäiset ja eräät valaslajit käyttävät tunnetusti kaikuluotainta. SONARia ei pidä sekoittaa ultraääniin, joka on yksinkertaisesti ääntä ihmisen kuulokynnystä korkeammilla taajuuksilla – yli 15 000-20 000 sykliä sekunnissa eli hertsiä (Hz). Ultraääntä käytetään hyvin pienessä mittakaavassa suurella teholla materiaalin hajottamiseen ja puhdistustarkoituksiin. Pienempitehoista ultraääntä käytetään terapeuttisesti, lihas- ja kudosvammojen hoitoon.
SONAR on hyvin suuntaava, joten signaalit lähetetään kapeina sädepalkkeina eri suuntiin veden tutkimiseksi. SONAR toimii yleensä 10 000-50 000 Hz:n taajuuksilla. Vaikka korkeammilla taajuuksilla saadaan tarkempia sijaintitietoja, myös leviämishäviöt kasvavat taajuuden myötä. Siksi matalampia taajuuksia käytetään pidemmän kantaman (jopa 10 mailin) havaitsemiseen paikannustarkkuuden kustannuksella.
Akustisia aaltoja havaitaan hydrofoneilla, jotka ovat pohjimmiltaan vedenalaisia mikrofoneja. Hydrofonit sijoitetaan usein suuriin ryhmiin, joita kutsutaan ryhmiksi ja jotka muodostavat SONAR-verkon. SONAR-joukot antavat myös arvokasta suuntainformaatiota liikkuvista lähteistä. Elektroniikalla ja signaalinkäsittelyllä on suuri merkitys hydrofonien ja yleisten SONAR-järjestelmien suorituskykyyn.
Äänen eteneminen vedessä on varsin monimutkaista ja riippuu hyvin paljon veden lämpötilasta, paineesta ja syvyydestä. Myös suolapitoisuus eli suolan määrä vedessä muuttaa äänen etenemisnopeutta. Yleensä meren lämpötila on lämpimin pinnalla ja laskee syvyyden myötä. Vedenpaine sen sijaan kasvaa syvyyden myötä, mikä johtuu veden massasta. Lämpötila ja paine siis muuttavat niin sanottua veden taitekerrointa. Aivan kuten valo taittuu tai taittuu prismassa, akustiset aallot taittuvat jatkuvasti ylös- tai alaspäin ja heijastuvat pinnasta tai pohjasta. Näin vedessä etenevä SONAR-säde muistuttaa autoa, joka kulkee tasaisin välein olevia kukkuloita ja laaksoja pitkin. Koska on mahdollista, että kohde on piilossa näiden kukkuloiden välissä, vesiolosuhteet on tunnettava, jotta SONARin suorituskykyä voidaan arvioida oikein.
Paikannus- ja jäljitystoiminnassa on olemassa kahdenlaisia SONAR-tiloja, aktiivisia ja passiivisia. Kaikuluotaus on aktiivinen tekniikka, jossa pulssi lähetetään ja havaitaan sen jälkeen, kun se on kimpoillut kohteesta. Passiivinen SONAR on herkempi, vain kuunteleva SONAR, joka ei lähetä pulsseja. Useimmat veden alla liikkuvat kohteet pitävät jonkinlaista ääntä. Tämä tarkoittaa, että ne voidaan havaita pelkästään kuuntelemalla melua. Esimerkkejä vedenalaisesta melusta ovat merieläimet, kavitaatio (potkurien aiheuttamat pienet kokoonpuristuvat ilmataskut), sukellusveneiden rungon poksahtelu syvyyden muuttuessa ja moottorin tärinä. Jotkin armeijan passiiviset SONAR-laitteet ovat niin herkkiä, että ne voivat havaita toisen sukellusveneen sisällä puhuvat ihmiset. Passiivisen SONARin etuna on myös se, että sitä voidaan käyttää myös akustisen allekirjoituksen havaitsemiseen. Jokainen sukellusvenetyyppi lähettää tiettyjä akustisia taajuuksia, ja jokaisen aluksen yhdistetty akustinen kuvio on erilainen, aivan kuten sormenjälki tai allekirjoitus. Passiivinen SONAR on pääasiassa sotilaallinen väline, jota käytetään sukellusveneiden metsästykseen. Tärkeä osa metsästystä on olla paljastamatta omaa sijaintiaan. Jos passiivinen SONAR ei kuitenkaan kuule mitään, on pakko siirtyä aktiiviseen tilaan, mutta tällöin on vaarana, että toinen osapuoli saa tietää läsnäolostaan. SONARin käytöstä tässä tapauksessa on tullut hienostunut taktinen harjoitus.
SONARin muita, ei-sotilaallisia sovelluksia kalojen etsinnän lisäksi ovat muun muassa haaksirikkojen etsiminen, satamien luotaaminen, kun näkyvyys on huono, valtameritutkimukset, vedenalaisten geologisten vikojen etsiminen ja merenpohjan kartoittaminen.