潜水艇能自由沉浮原理是阿基米德定律，即浮性定律。改变潜水艇自身密度（重力），当压力舱中无水，潜水艇密度小于水的密度（潜水艇重力小于浮力）潜水艇上浮直至漂浮；当压力舱中排入水，潜水艇密度大于水的密度（潜水艇重力大于浮力）潜水艇下沉。
进入静止气体或液体的物体受到浮力，往空的压载水舱里注水，潜艇就变重了，这时潜艇的重量就会大于它排开水的重量（即大于浮力），潜艇就逐渐下潜。反之，潜艇就会浮出水面。
阿基米德定律定律指出，浸入静止流体中的物体受到一个浮力，其大小等于该物体所排开的流体重量，方向竖直向上并通过所排开流体的形心。当物体的重量大于浮力时它就会下沉；小于浮力时就会上浮；等于浮力时就会悬停在液体中，这两个力大小相等，但方向正好相反（重力垂直向下，浮力垂直向上）。