SONAR-apparatuur wordt op de meeste schepen gebruikt om de diepte van het water te meten. Dit wordt bereikt door het zenden van een akoestische puls en het meten van de tijd voor de echo, of terugkeer van de bodem. Door de snelheid van het geluid in het water te kennen, wordt de diepte berekend door de snelheid te vermenigvuldigen met de helft van de afgelegde tijd (voor een reis in één richting). SONAR wordt ook gebruikt voor het opsporen van grote objecten onder water en voor het zoeken naar grote visconcentraties. Meer gesofisticeerde SONAR-systemen voor opsporing en volgen worden aangetroffen aan boord van marineschepen en onderzeeërs. In de natuur is bekend dat vleermuizen gebruik maken van echolocatie, evenals bruinvissen en sommige walvissoorten. SONAR mag niet worden verward met ultrageluid, dat gewoon geluid is met frequenties die hoger liggen dan de drempel van het menselijk gehoor – meer dan 15.000-20.000 cycli per seconde, of hertz (Hz). Ultrasoon geluid wordt op zeer kleine schaal en met hoog vermogen gebruikt om materiaal te breken en voor reinigingsdoeleinden. Echografie met een lager vermogen wordt therapeutisch gebruikt, voor de behandeling van spier- en weefselverwondingen.
SONAR is zeer richtingsgevoelig, zodat de signalen in smalle bundels in verschillende richtingen worden uitgezonden om het water te doorzoeken. SONAR werkt gewoonlijk bij frequenties in het bereik van 10.000-50.000 Hz. Hoewel hogere frequenties nauwkeuriger plaatsbepalingsgegevens opleveren, nemen met de frequentie ook de propagatieverliezen toe. Daarom worden lagere frequenties gebruikt voor detectie over een groter bereik (tot 10 mijl), hetgeen ten koste gaat van de nauwkeurigheid van de plaatsbepaling.
Akoestische golven worden gedetecteerd met behulp van hydrofoons, die in wezen onderwatermicrofoons zijn. Hydrofoons worden vaak in grote groepen opgesteld, arrays genaamd, die een SONAR-net vormen. SONAR-arrays geven ook waardevolle richtingsinformatie over bewegende bronnen. Elektronica en signaalverwerking spelen een grote rol bij de prestaties van hydrofoons en algemene SONAR-systemen.
De voortplanting van geluid in water is vrij complex en hangt in hoge mate af van de temperatuur, de druk en de diepte van het water. Ook het zoutgehalte, de hoeveelheid zout in het water, verandert de voortplantingssnelheid van het geluid. In het algemeen is de temperatuur van de oceaan het warmst aan de oppervlakte en neemt zij af met de diepte. De waterdruk daarentegen neemt toe met de diepte, als gevolg van de watermassa. Temperatuur en druk veranderen dus de zogenaamde brekingsindex van het water. Net zoals licht wordt gebroken of gebogen door een prisma, worden akoestische golven voortdurend omhoog of omlaag gebroken en weerkaatst door het oppervlak of de bodem. Een SONAR-straal die zich op deze manier door het water voortplant, lijkt op een auto die over regelmatig opgesplitste heuvels en dalen rijdt. Aangezien het mogelijk is dat een voorwerp tussen deze heuvels verborgen is, moeten de wateromstandigheden bekend zijn om de SONAR-prestaties goed te kunnen beoordelen.
Bij lokalisatie- en opsporingsoperaties bestaan twee soorten SONAR-methoden, namelijk actieve en passieve. Echolocatie is een actieve techniek waarbij een puls wordt uitgezonden en vervolgens wordt gedetecteerd nadat deze op een voorwerp is afgeketst. Passieve SONAR is een gevoeligere, uitsluitend luisterende SONAR waarbij geen pulsen worden uitgezonden. De meeste bewegende voorwerpen onder water maken een soort geluid. Dit betekent dat zij kunnen worden waargenomen door alleen maar naar het geluid te luisteren. Voorbeelden van onderwaterlawaai zijn zeeleven, cavitatie (kleine samenklappende luchtzakjes veroorzaakt door propellers), knallen in de romp van onderzeeërs die van diepte veranderen, en motortrillingen. Sommige militaire passieve SONAR’s zijn zo gevoelig dat zij mensen kunnen detecteren die in een andere onderzeeër praten. Een ander voordeel van passieve SONAR is dat het ook kan worden gebruikt om een akoestische signatuur te detecteren. Elk type onderzeeër zendt bepaalde akoestische frequenties uit en het samengestelde akoestische patroon van elk vaartuig is anders, net als een vingerafdruk of een handtekening. Passieve SONAR is hoofdzakelijk een militair instrument dat wordt gebruikt voor de jacht op onderzeeërs. Een belangrijk element van de jacht is dat de eigen positie niet mag worden onthuld. Indien de passieve SONAR echter niets hoort, is men verplicht over te schakelen op de actieve modus, maar daarbij loopt men het risico de ander van zijn aanwezigheid op de hoogte te brengen. Het gebruik van SONAR is in dit geval een verfijnde tactische oefening geworden.
Andere, niet-militaire, toepassingen van SONAR, afgezien van het opsporen van vis, omvatten het zoeken naar scheepswrakken, het peilen van havens waar het zicht slecht is, oceanografisch onderzoek, het zoeken naar geologische breuken onder water en het in kaart brengen van de oceaanbodem.