SONAR berendezéseket a legtöbb hajón a vízmélység mérésére használnak. Ezt egy akusztikus impulzus küldésével és a visszhang, vagy a fenékről való visszatérés idejének mérésével érik el. A vízben a hangsebesség ismeretében a mélységet úgy számítják ki, hogy a sebességet megszorozzák a megtett idő felével (egyirányú út esetén). A SONAR-t nagyméretű víz alatti tárgyak felderítésére és nagy halak koncentrációjának felkutatására is használják. Kifinomultabb SONAR-rendszerek észlelésre és követésre a haditengerészeti hajók és tengeralattjárók fedélzetén találhatók. A természetben a denevérek, a disznódelfinek és egyes bálnafajok is jól ismertek az echolokáció használatáról. A SONAR nem tévesztendő össze az ultrahanggal, amely egyszerűen az emberi hallás küszöbénél magasabb – másodpercenként 15 000-20 000 ciklusnál (Hz) nagyobb – frekvenciájú hang. Az ultrahangot nagyon kis mértékben, nagy teljesítményen, anyagbontásra és tisztítási célokra használják. A kisebb teljesítményű ultrahangot terápiás céllal, izom- és szövetsérülések kezelésére használják.
Az ultrahang nagyon irányított, ezért a jeleket keskeny sugárban küldik különböző irányokba a víz felkutatására. A SONAR általában a 10 000-50 000 Hz-es frekvenciatartományban működik. Bár a magasabb frekvenciák pontosabb helymeghatározási adatokat szolgáltatnak, a frekvenciával a terjedési veszteségek is nőnek. Ezért alacsonyabb frekvenciákat használnak a nagyobb hatótávolságú (akár 10 mérföldes) felderítéshez a helymeghatározás pontosságának rovására.
Az akusztikus hullámokat hidrofonokkal érzékelik, amelyek lényegében víz alatti mikrofonok. A hidrofonokat gyakran nagy csoportokban, úgynevezett tömbökben telepítik, amelyek SONAR-hálót alkotnak. A SONAR tömbök értékes irányinformációkat adnak a mozgó forrásokról is. Az elektronika és a jelfeldolgozás nagy szerepet játszik a hidrofonok és az általános SONAR-rendszerek teljesítményében.
A hang terjedése a vízben meglehetősen összetett, és nagyban függ a víz hőmérsékletétől, nyomásától és mélységétől. A sótartalom, azaz a vízben lévő só mennyisége szintén megváltoztatja a hang terjedési sebességét. Általában az óceán hőmérséklete a felszínen a legmelegebb, és a mélységgel csökken. A víznyomás viszont a mélységgel nő, a víztömeg miatt. A hőmérséklet és a nyomás tehát megváltoztatja a víz úgynevezett törésmutatóját. Ahogyan a fény megtörik vagy elhajlik egy prizma által, úgy az akusztikus hullámok is folyamatosan megtörnek felfelé vagy lefelé, és visszaverődnek a felszínről vagy a fenékről. A víz mentén ily módon terjedő SONAR-sugár olyan, mint egy autó, amely szabályos távolságban lévő dombokon és völgyeken halad. Mivel lehetséges, hogy egy tárgy elrejtőzik e dombok között, a SONAR teljesítményének megfelelő értékeléséhez ismerni kell a vízviszonyokat.
A helymeghatározási és követési műveletekben kétféle SONAR üzemmód létezik, az aktív és a passzív. Az echolokáció egy aktív technika, amelyben egy impulzust küldenek, majd miután az visszapattan egy tárgyról, detektálják. A passzív SONAR egy érzékenyebb, csak hallgatózó SONAR, amely nem küld impulzusokat. A legtöbb mozgó tárgy a víz alatt valamilyen zajt kelt. Ez azt jelenti, hogy pusztán a zajra való figyeléssel észlelhetők. A víz alatti zajokra példa a tengeri élővilág, a kavitáció (a hajócsavarok által okozott kis összeomló légzsebek), a tengeralattjárók burkolatának pukkanása a mélységváltoztatáskor, valamint a motorok rezgése. Egyes katonai passzív SONAR-ok olyan érzékenyek, hogy képesek érzékelni egy másik tengeralattjáró belsejében beszélgető embereket. A passzív SONAR másik előnye, hogy akusztikus jelek észlelésére is használható. Minden tengeralattjáró-típus bizonyos akusztikai frekvenciákat bocsát ki, és minden hajó összetett akusztikai mintázata más és más, akárcsak egy ujjlenyomat vagy aláírás. A passzív SONAR elsősorban katonai eszköz, amelyet tengeralattjáróvadászatra használnak. A vadászat fontos eleme, hogy ne áruljuk el a saját helyzetünket. Ha azonban a passzív SONAR nem hall semmit, az ember kénytelen aktív üzemmódba kapcsolni, de ezzel azt kockáztatja, hogy a másiknak jelzi a jelenlétét. A SONAR használata ebben az esetben kifinomult taktikai gyakorlattá vált.
A SONAR egyéb, nem katonai alkalmazásai közé tartozik a halak felkutatásán kívül a hajóroncsok felkutatása, kikötők szondázása rossz látási viszonyok esetén, oceanográfiai tanulmányok, víz alatti geológiai törések keresése és az óceánfenék feltérképezése.