Todos los barcos, así como los submarinos en superficie, están en situación de flotación positiva, pesando menos que el volumen equivalente de agua desplazada (de acuerdo con el principio de Arquímedes). Para sumergirse hidrostáticamente (sin ayuda mecánica), un buque debe ganar flotación neutral (peso igual a empuje), bien incrementando su propio peso o disminuyendo el desplazamiento de agua (volumen). Para controlar su peso, los submarinos están equipados con tanques de lastre, que pueden llenarse con agua tomada del exterior o aire a presión.
Para sumergirse o emerger, los submarinos usan los tanques de proa y popa, llamados tanques principales, que se abren y se llenan completamente de agua para sumergirse o se llenan de aire a presión para emerger. Durante la inmersión, los tanques principales suelen permanecer inundados, lo que simplifica su diseño, por lo que en muchos submarinos estos tanques son simplemente una sección del espacio entre los cascos. Para un control manual más rápido y preciso de la profundidad, los submarinos disponen de unos tanques de control de profundidad más pequeños, capaces de soportar presiones más altas. La cantidad de agua en estos tanques puede controlarse tanto para responder a cambios en las condiciones exteriores como para cambiar la profundidad de inmersión. Dichos tanques pueden situarse cerca del centro de gravedad del submarino, o distribuirse por el buque para evitar afectar a la escora.
En inmersión, la presión del agua sobre el casco del submarino puede alcanzar los 3 MPa (unos 300 metros de profundidad) en los submarinos de acero y hasta los 10 MPa (1000m) en los de titanio, como los Komsomolets, permaneciendo constante la presión interior. Esta diferencia provoca la compresión del casco, lo que disminuye el desplazamiento. La densidad del agua también se incrementa, pues la salinidad y la presión son mayores, pero esto no compensa la compresión del casco, así que la flotabilidad disminuye con la profundidad. Un submarino sumergido está en equilibrio inestable, teniendo tendencia a caer hacia el fondo o flotar hacia la superficie. Mantener una profundidad fija exige la operación continua de los tanques de control de profundidad.
Para mantener la escora deseada, los submarinos usan tanques de escora especializados a proa y popa. Las bombas trasladan agua entre ellos, cambiando la distribución del peso y creando así un momento que gira el buque hacia arriba o hacia abajo. Un sistema parecido se usa a veces para mantener la estabilidad.
El efecto hidrostático de los tanques de lastre variable no es la única forma de controlar el submarino bajo el agua. La maniobra hidrodinámica se logra mediante varias superficies, que pueden ser giradas para crear las correspondientes fuerzas hidrodinámicas cuando el submarino se desplaza a la suficiente velocidad. Los planos de popa, situados cerca del propulsor y orientados por lo general horizontalmente, sirven para el control de la inclinación longitudinal del submarino, y son de uso común, a diferencia de otras superficies de control de las que pueden carecer algunos submarinos. Los planos de inclinación en la torreta y los de popa en el cuerpo principal, ambos también horizontales, se sitúan más cerca del centro de gravedad y son utilizados para controlar la profundidad con menos efecto sobre la inclinación.
Cuando un submarino realiza una emersión de emergencia, se usan simultáneamente todos los métodos de control de la profundidad y la escora para propulsar al buque hacia arriba. Dicha emersión es muy rápida, por lo que el submarino puede incluso saltar parcialmente fuera del agua.
Los submarinos modernos tienen un sistema de guía inercial para navegar bajo el agua, pero el error de deriva se acumula inevitablemente con el tiempo. Para contrarrestarlo, se usa periódicamente el GPS para obtener una posición exacta. El periscopio (un tubo retráctil con prismas que permite ver sobre la superficie sin emerger) sólo se usa ocasionalmente, debido a que su rango de visibilidad es corto. Los submarinos modernos tienen «mástiles optrónicos» en lugar de periscopios de tubo ópticos que penetran en el casco. Estos mástiles tienen que seguir subiéndose a la superficie, pero emplean sensores electrónicos para la luz visible y la infrarroja, telémetro láser y dispositivos de vigilancia electromagnética.
