L'objet du bathyscaphe est de permettre à l'homme de visiter les grands fonds marins et d'y travailler, autrement dit de s'immerger à des profondeurs parfois de l'ordre de 11 000 mètres. Deux phénomènes physiques se liguent pour nous interdire de pénétrer au sein de la mer. Nous ne pouvons respirer dans l'eau et celle-ci exerce sur le corps humain une pression qui, à partir d'une certaine distance de la surface, tend à l'écraser.
A la surface de la terre, notre corps baigne dans l'air et subit de ce fait, sur chaque centimètre carré de sa surface, une pression égale, par définition, à une atmosphère au niveau de la mer. Si nous nous immergeons, cette pression s'accroît du poids de la colonne d'eau qui nous sépare de la surface. Pour 10 mètres, cet accroissement est de 1 kilogramme dans l'eau douce, soit à peu près de 1 atmosphère. Un simple calcul montre qu'à 10 mètres la pression subie est de 2 atmosphères, à 100 mètres de 11 atmosphères, à 1 000 mètres de 101 atmosphères, etc.
Pour descendre au fond des océans, l'homme doit donc s'enfermer dans une enceinte capable de résister à la pression et emporter dans ce milieu clos l'air à la pression atmosphérique qui lui permettra de respirer.

Inventé par le Professeur Auguste Piccard, un bathyscaphe est basé sur le principe du ballon atmosphérique. Il est constitué d'une sphère suspendue rigidement à un flotteur qui compense le poids de l'ensemble selon le principe d'Archimède.

Le principe d'Archimède peut s'énoncer ainsi : "Tout corps plongé dans un liquide subit une poussée vers le haut équivalente au poids du liquide qu'il déplace".

La sphère est en acier épais capable de résister à la pression. Elle est composés de deux hémisphères, comporte une porte (en acier) et plusieurs hublots (en plexiglas) en forme de troncs de cône à base sphérique.
Le flotteur, construit en tôles minces, contient de l'essence. Celle-ci étant compressible, la pression pourrait le déformer. Pour pallier l'effet de la pression les divers réservoirs qui constituent le flotteur et qui contiennent l'essence sont en communication les uns avec les autres et des ouvertures, pratiquées dans le fond du flotteur, les mettent en communication avec l'eau de la mer. Par conséquent l'équilibre intérieur-extérieur est maintenu et le flotteur ne se déforme pas.
A mesure que le bathyscaphe descend, que la pression augmente, que l'essence se contracte, une certaine quantité d'eau de mer pénètre dans le flotteur. Comme l'essence ne change pas de poids, cette admission de l'eau de mer entraîne un alourdissement du bathyscaphe. Cet alourdissement doit évidemment être compensé par un allégement équivalent, si le pilote veut maintenir son engin en équilibre dans l'eau. Dans ce but, il largue, au fur et à mesure de sa descente du lest. Le lest est constitué par de la grenaille de fonte, embarquée sous forme de petites billes dans des sortes de puits verticaux ou silos.
Le bathyscaphe étant à la fois un navire et un laboratoire scientifique, il est doté de moteurs servant à la propulsion, de moyens de navigation et de transmission, de projecteurs et de divers appareils, disposés à l'extérieur ou à l'intérieur de la sphère et qui constituent son équipement scientifique. Il emporte sa réserve d'énergie ainsi que la provision d'oxygène indispensable au renouvellement de l'air que respirent les passagers.

Le bathyscaphe descend donc par gravitation et remonte en lâchant du lest.

Le déroulement simplifié d'une plongée (la silhouette est celle de l'ARCHIMEDE)

1. En surface, le bathyscaphe, les sas vides, attend l'autorisation de plonger.

2. Les sas ont été remplis d'eau et le bathyscaphe s'enfonce.

3. Pendant la descente, l'eau monte dans les réservoirs d'essence et le bathyscaphe s'alourdit.

4. A l'approche du fond, le bathyscaphe ralentit sa descente en largant du lest.

5. Sur le fond le bathyscaphe effectue sa mission d'exploration. Pour remonter il largue du lest.

6. Pour accélerer la remontée le bathyscaphe peut larguer à nouveau du lest.

7. Arrivé en surface, le bathyscaphe vide les sas. Le pilote et le(s) passager(s) peuvent quitter la sphère.