據史料記載，古代希臘的潛水員，不使用任何呼吸器具，能夠在淺水區潛水4~5分鍾，到了1300年到1400年，人們再度開發海洋時，已經有了能在深海裏呼吸的裝置。
最早研究這種裝置的達文西是歐洲文藝複興時代（1300~1500年）最優秀的人物之一。他所設計的水中裝置，是一種裝在頭上能抵抗水壓的頭盔，盔上裝有可伸出海麵與浮標相連的呼吸管，並戴上玻璃潛水眼罩，而且在金屬頭盔上釘上許多大鐵釘，以避免海中動物的侵襲。
達文西還設計了有蹼的手套和蛙鞋，但他沒有實際試驗過自己發明的器具，否則他將會發現許多意想不到的缺點。戴上達文西呼吸管的潛水員，潛至不超過5尺處，一定會窒息而死，因為在那個深度，胸部所受的壓力使得肺不能充分擴張，以致無法吸收空氣。
又過了100多年後，艾德蒙·哈利發明了在鍾裏輸送壓縮空氣的方法。他發現，如果潛水員所呼吸的空氣與他周圍的水壓相等的話，他的胸部就不會受水壓的影響，並能正常呼吸。哈利就以這觀點作為製作潛水鍾的原理。潛水鍾由鋼鐵製成，但無底部，鍾下可容納1個或2個潛水夫。潛水鍾深人海裏時，水的重量會將鍾內的空氣壓縮，潛水夫就能在鍾內暫時地吸些空氣。
但是這種潛水鍾也有缺陷：假若鍾的高度有10尺，在深627尺處，鍾的內部空氣隻有15公分，潛水員在裏麵無法自由活動。為解決空間問題，哈利再度研究發現，如果能從海麵上不斷傳送與水相等壓力的空氣，那麼內部的水麵便不會上升。他用兩隻軟管裝在潛水鍾上，空氣因水的壓力透過管子進入鍾內，潛水員隻要打開栓蓋，便能獲取所需要的空氣。
哈利通過自己的親自實驗，不斷改變淺水鍾裏不理想的地方，如鍾內的坐椅，妨礙潛水員的視野，於是哈利想辦法使潛水員能呼吸戴在自己頭上的獨立小鍾內的空氣，這樣，他發明了潛水服。
人體肺部受到強力水壓時，無法呼吸普通空氣，因此，初期的潛水服設計家們，著重研究在危險的壓力下如何保護潛水人員的問題。他們開始研究製作鐵製甲胄般的潛水服。
1829年，奧古斯都·希普發明了一種潛水服，這是現代附帽潛水服的原形。1837年完成了製造完全的潛水服，這是能夠自由拆除鋼盔的橡皮製不透水潛水服，鋼盔上裝有空氣的進出口，由協助人員在甲板上以打氣筒供給壓縮空氣。由於希普的發明，使得潛水員可以潛至300尺深處。第一位利用希普的裝置探險海底的是科學家亨利·米倫·愛德華，他是法國的動物學家，1844年，在西西裏外海潛水，采擷棲息於地中海的生物標本，亨利多次從事這項工作。潛水服的發明雖大大便利了科學家對海洋的研究，可是初期的潛水服因存在種種不理想的地方，仿效他從事潛水探險的科學家卻寥寥無幾。
到了公元1865年，法國采礦技師布諾瓦·魯魁洛爾和一位海軍士官奧邱斯特·杜涅魯斯，設計了能讓潛水員自由活動的裝置。他們將裝滿壓縮空氣的金屬罐子，安裝於潛水者的背部，其上裝了兩個調節活門，其中一個活門是送出空氣，另一個調節活門將潛水員呼出的空氣排出。
這項發明已幾近完美，可是因為當時無法製造能耐深海水壓的金屬罐子，所以魯魁洛爾和杜涅魯斯隻好仍使用原來的裝置，以長長的管子輸送空氣。完全脫離輸送管的潛水，到1943年才研製成功。
在研究潛水服的同時，適用於深海作業的潛水艇也在研製之中。有人認為達文西也有研製海中軍艦的藍圖，隻是他嚴守這項計劃的秘密，他曾記載：“因為人心存有太多的邪惡，如果讓人們知道海中航行的秘密，他們一定會毫不猶豫地使用海中航行船隻，在深海裏播下殺人的種子。”
曆史無情地驗證了他的憂慮。1776年，大衛·布修尼爾發明的潛水艇便用於美國獨立戰爭。這艘達托魯號，狀似海龜，是由一個人用手轉動曲柄，使兩個螺旋槳（一隻使船前後移動，另一隻是使船上下移動）轉動而航行的。布修尼爾為使駕船者能在敵人船身上裝上火藥而設計此艇，達托魯號雖然使用爆破裝置攻擊在紐約港的英國艦艇，可是並沒有成功。
後來美國技師羅伯特·福爾頓將達托魯號的設計進行了改良，於1800年，創造了兩艘潛水艇——諾蒂拉斯號和纓德號；福爾頓相信，潛水艇有助於結束海戰或海盜行為，可是他的兩隻潛水艇，均未被用於戰爭。1930年以前，沒有人能夠深入600尺以上的海裏，但就在這一年，人類終於突破這個深海的無人地帶。這是由於新型船隻的發展所致，也由於這些船隻的更新，使得鳥類學家威廉·畢比轉向海洋生物學的研究。畢比長期詳細的探究海洋深部，他的目的是要探查棲息的海洋生物。為達到這個目的，他數百次地潛入海中。雖然他穿著安全的附帽潛水服，但仍受深度的限製。用鋼繩潛入海地島水域下63尺深海底。透過頭盔玻璃眼罩，他看到了許多珍貴而且色彩豐富的魚類及海洋生物，這些海中珍物在他眼裏，自由自在地遊動著。