Okręty podwodne uważane są często za władców świata podwodnego, mogących poruszać się w przestrzeni wodnej oceanów pośród gór i kanionów oceanicznego dna. Jest to bardzo mylne twierdzenie, mimo wielkiego postępu technicznego najbardziej nowoczesne OP mogą penetrować zaledwie skromny margines oceanicznych głębin. Okręty z 1915 r. dysponowały możliwością działań na głębokości 55 m, a te z 1944 r. do 122 m. Współczesne OP typu Los Angeles z trudem mogą osiągnąć 450 m, a rosyjskie OP typu Alfa mogą zanurzać się na głębokość 875 metrów. Nawet możliwości okrętu Alfa są niewielkie w porównaniu z przepastnymi głębinami oceanów, których średnia głębokość dochodzi do 3.700 m, a najgłębsze rowy oceaniczne osiągają ponad 10.000 metrów.

Okręty podwodne nie muszą dysponować możliwościami operowania na tak wielkich głębokościach. Świat w którym muszą przebywać i walczyć jest zupełnie inny od tego na lądzie.

Penetracji takich głębokości mogą dokonać tylko najbardziej nowoczesne i specjalistyczne pojazdy podwodne. Do nich należy m.in. amerykański podwodny pojazd badawczy Alwin, który może operować na głębokości 4.000 metrów batyskaf Trieste, który osiągnął głębokość 11.000 m podczas badania Rowu Mariańskiego, wytrzymując ogromne ciśnienie hydrostatyczne 1101 atmosfer czyli 1101 kG na centymetr kwadratowy jakie panuje na takiej głębokości (nie uwzględniając zasolenia wody i zmian gęstości wody wraz z głębokością).

Poznanie tajemniczego środowiska morskiego może zapewnić OP możliwość przetrwania i działania w nim, jak również, co ma znaczenie największe wykrywania szumów atakujących OP.

Złożony charakter środowiska oceanicznego jest bardzo skomplikowany przez jego dynamikę przypominającą ruchy mas powietrza w atmosferze. Zjawiska te są trudne do przewidzenia lub scharakteryzowania, szczególnie z powodu ograniczonych możliwości obserwacyjnych ludzkiego oka, które może ocenić tylko aktywność fal, przypływy i lokalną pogodę.

Właściwością oceanu jest jego zdolność tłumienia większości form energii z wyjątkiem energii akustycznej, która może przemieszczać się pod wodą na duże odległości.

Każdy okręt wytwarza wokół siebie własne pole fizyczne, a to znaczy że zaburza naturalne pole geofizyczne tak , że może to służyć przeciwnikowi do jego wykrycia i zniszczenia. Specyfika głębin morskich powoduje, że przy zwalczaniu okrętów podwodnych wykorzystuje się inne cechy fizyczne niż przy zwalczaniu okrętów nawodnych. Prace nad zmniejszeniem skutecznej powierzchni odbicia (SPO) OP objęły przede wszystkim konstrukcję kiosku anten, "chrap" i peryskopów.

Jednym z pierwszych zastosowań materiałów tłumiących fale radiolokacyjne było pokrycie nimi peryskopów i "chrap", już w 1944r. Niemcy pokryli wyposażenie kiosku swoich U-bootów masą Alberish.

OP o napędzie konwencjonalnym muszą się wynurzać na powierzchnię dla naładowania akumulatorów. Taki sposób działania stał się szczególnie niebezpieczny po wprowadzeniu samolotów przeznaczonych wyłącznie do zwalczania OP. Zastosowanie przez Niemców w czasie II wojny światowej "chrap", oddaliło niebezpieczeństwo wykrycia OP przez stacje radiolokacyjne, jednak tylko do momentu zastosowania przez aliantów radaru ma fale centymetrowe.

Pojawienie się napędu atomowego "uniezależniło" pływanie OP od powierzchni tylko częściowo, gdyż muszą się one wynurzać dla udokładniania swoich systemów nawigacji inercyjnej i dla nawiązania łączności z bazą. Unowocześnienie układów inercyjnych szczególnie w przypadku atomowych OP z rakietami balistycznymi (OPARB) wydłuża czas utrzymywania dokładnej pozycji pod wodą ale nie bez końca. Im dokładniej okręt OPARB wie gdzie się znajduje, tym dokładniej trafią przenoszone przez niego rakiety. Nawet niewielki błąd w określeniu pozycji przy strzelaniu na dużą odległość, np. 4000 km daje odchylenie rzędu kilometrów, a to może nie wystarczyć do zniszczenia silnie umocnionych celów.

Problem łączności z OP rozwiązuje się przez zastosowanie nadajników radiowych o niskiej i ekstremalnie niskiej częstotliwości (ELF-Extremary Low Frequency), pracujących w paśmie od 300 do 3000 Hz. Wykorzystywanie tego zakresu częstotliwości pozwala na odbiór informacji nawet do 400 m pod wodą.

Do najważniejszych pól fizycznych OP wykorzystywanych w ZOP można zaliczyć:

• pole akustyczne - pasywne (siła celu) i aktywne [poziom szumów (moc akustyczna)];
• pole radiolokacyjne;
• pole magnetyczne;
• pole termiczne oraz widzialne;
• pole grawitacyjne;
• pole chemiczne, wywołane przez ślady chemiczne okrętu (np. woda chłodząca, nieszczelność zbiorników lub spaliny);
• pole elektryczne;

Nowoczesne urządzenia radiolokacyjne mogą pośrednio wykrywać również zanurzone OP, płynące na niewielkiej głębokości.

Ze względu na dobre warunki propagacji fal akustycznych w środowisku wodnym najbardziej rozpowszechnionym środkiem obserwacji technicznej pod wodą jest sonar (Sound Navigation And Ranging). Mimo że OP tylko "słyszy", to jednak nie jest on wcale ślepy. "Cicha wojna" pod wodą polega więc przede wszystkim na:

• stosowaniu coraz doskonalszych urządzeń hydroakustycznych na OP;
• zmniejszeniu własnego pola akustycznego OP;
• zmniejszeniu właściwości odbijania fal akustycznych przez obiekty podwodne.

Głównym zadaniem hydroakustyków jest wykrycie, lokalizacja i śledzenie okrętów podwodnych i nawodnych. Wykorzystują w tym celu systemy hydroakustyczne pracujące aktywnie.

Sonary aktywne pozwalają bardzo dokładnie określić namiar i odległość od wykrytego obiektu. Sonary pasywne mają tę przewagę nad aktywnym, że posiadają większy zasięg wykrycia i co najważniejsze pozwalają na skryte działanie. Ich możliwości są obecnie tak duże, że podstawowym zadaniem dla konstruktorów OP staje się walka z hałasem. Nie uwzględnienie tego czynnika spowodowało wycofanie z linii jednego z najszybszych OP świata - rosyjskiego atomowego okrętu uderzeniowego Alfa (projektu 705), posiadającego prędkość podwodną dochodzącą do 43 w. Okręt ten pomimo stosunkowo nowej konstrukcji został wycofany z linii ze względu na znaczną szumność, szczególnie przy dużych prędkościach.

Sonary aktywne pozwalają bardzo dokładnie określić położenie obiektu ale jednocześnie zdradzają swoje miejsce i co najważniejsze w ogóle fakt swojego istnienia. W pracach nad sonarami aktywnymi przodują przede wszystkim Amerykanie, których sonar BQQ-5, montowany na OP typu Los Angeles podobnie jak brytyjski sonar 2020 na OP typu Trafalgar stał się wzorem dla innych producentów.

Najnowszym źródłem informacji dla OP są sonary z antenami holowanymi. Użycie tych anten jest możliwe na nawet tak niewielkich okrętach nawodnych jak szwedzkie korwety typu Goeteborg (z sonarem SIMRAD). Używając sonarów holowanych okręt podwodny ma jednak ograniczoną manewrowość i prędkość, której przekroczenie może spowodować fałszywe odczyty i generować fale wykrywalne przez przeciwnika. Choć problemy z sonarami holowanymi są niemałe, jednak ich zalety przeważają nad wadami.

• OP pokrywa za ich pomocą strefę rufową, która dla stacji hydroakustycznych, zamontowanych w kadłubie jest ślepa,
• holowany zespół hydrofonów pozwala na jego umieszczenie w innej warstwie wody niż ta, w której porusza się okręt nosiciel, umożliwia to prowadzenie nasłuchu w kanale dźwiękowym z bardzo dużych odległości.

Szumy pochodzące od okrętów podwodnych, w zależności od tego skąd pochodzą szereguje się najczęściej w trzech klasach:

• szum "maszynowy", pochodzący od silników i wszystkich mechanizmów na pokładzie;
• szum "śruby", pochodzący od śruby;
• szum "hydrodynamiczny" to szum wywołany wszystkimi hydrodynamicznymi procesami, zachodzącymi podczas ruchu kadłuba w wodzie.

Szumy te są tak specyficzne, że zadaniem sonarów pasywnych, poza samym wykrywaniem jest również identyfikacja "szumiących" obiektów. Szczególnie charakterystyczne są dźwięki "maszynowe" i "śruby".

Wyciszanie okrętów podwodnych jest możliwe dzięki zastosowaniu odpowiednich materiałów tłumiących fale akustyczne. Początkowo w pracach nad materiałami tłumiącymi fale akustyczne największe osiągnięcia mieli Niemcy. Już w czasie II wojny światowej opracowali oni dla swoich U-bootów pierwsze pokrycia, które składały się z warstwy gumy o grubości 4 mm, z cylindrycznymi otworami o średnicy 2 i 5 mm, przyklejonych do pokładu OP. Były one pokryte cienką warstwą specjalnej gumy, zapobiegającej dostawaniu się wody do wypełnionych powietrzem por materiału tłumiącego. Wadą tego pierwszego pokrycia było wąskie pasmo częstotliwości tłumionych (od 9 do 18 kHz) i mała trwałość.

Obecnie coraz więcej nowych okrętów podwodnych pokrywa się materiałami tłumiącymi fale akustyczne. W zależności od sposobu zmniejszania odbitej fali akustycznej wyróżnia się m.in.:

• pokrycia tłumiące, które osłabiają fale akustyczne dochodzące i odbijające się od celu, zmieniając ich energię w ciepło,
• pokrycia szerokopasmowe, składające się z materiałów o dużych stratach, ukształtowanego w postaci wielu klinów i stożków,
• pokrycia kompensujące (pokrycia o grubościach ćwierćcalowych), ukształtowane w postaci wielu klinów i stożków.

Materiały tłumiące fale akustyczną stosuje się nie tylko na zewnątrz ale i wewnątrz okrętu podwodnego. Ich zadaniem jest wygłuszanie dźwięków ze środka okrętu i tym samym akustyczne odizolowanie całego wyposażenia OP. Wytłumia się w ten sposób drgania kadłuba i szczególnie hałaśliwe miejsca na okręcie (siłownia).

Prace nad ograniczeniem SC spowodowały zmiany w wyglądzie zewnętrznym okrętu podwodnego. Pierwsze badania nad "opływowym" kadłubem prowadzono w Niemczech, gdzie zespół konstruktorów pod kierunkiem profesora Walthera, zastosował rewolucyjne rozwiązania na OP typu XXI.

Rozwiązania wprowadzone przez Niemców na U-bootach typu XXI były przez wiele lat wzorem dla wielu powojennych okrętach podwodnych. Na bazie jednostek typu XXI zbudowano m.in.:

• amerykańskie okręty typu Tang,
• radzieckie okręty projekt 613,
• angielskie okręty HMS Explorer i HMS Excalibur,
• francuskie okręty typu Narval.

Niemieckie doświadczenia z jednostkami typu XXI zostały wykorzystane przy modernizacji okrętów podwodnych, używanych w czasie II wojny światowej. W ten sposób powstały OP typu Porpoise i Oberon.

Następnym krokiem w konstruowaniu okrętów podwodnych były pionierskie prace nad "kroplowym" kształtem kadłuba przeprowadzone przez Amerykanów na doświadczalnym OP USS Albacore o napędzie spalinowo-elektrycznym. Zastosowanie takiego kształtu pozwoliło tej doświadczalnej jednostce osiągnąć pod wodą prędkość 33 węzłów i zwrotność 3,2 na sekundę. Okręt przypominał swoim kształtem torpedę, był krótszy i grubszy od swoich poprzedników, co dawało możliwość budowy wielopokładowej i pozwalało na zapewnienie lepszych warunków socjalnych dla załogi. Albacore posiadał ponadto jedną śrubę, która pracując ciszej utrudniała działanie siłom ZOP.

Uzyskanie skomplikowanych krzywizn kształtu "kroplowego" jest jednak bardzo trudne, stąd odchodzono od niego stosując kształt cylindryczny środkowej części kadłuba. Tak postąpili m.in. Amerykanie przy konstruowaniu jednego z "najcichszych" okrętów podwodnych na świecie typu Los Angeles.

Przez wzgląd na hałas buduje się OP o bardzo dużej średnicy kadłuba, przy czym żaden z elementów wyposażenia nie jest na sztywno mocowany do burt i do dna. Wszystko jest odseparowane przez specjalne amortyzatory plastyczne i podkłady gumowe. Ewolucji podlegał taż sposób montażu uzbrojenia. Jest to najlepiej widoczne w przypadku OPARB-ów i nosicieli rakiet manewrujących. (O tym że okręt przenosi rakiety balistyczne można się raczej przekonać po długości i rozmiarach kadłuba niż po jego kształcie.