潜水飞机的原理与潜艇原理基本相似。当潜水飞机要潜入水中时, 便打开阀门,飞机的水舱里就会灌进一定量的水,当飞机的重力超过浮力时,飞机便沉入水中。需要浮出水面时,只要将飞机水舱里的水排出,飞机便在大于重力的浮力作用下,浮出水面。潜水时,潜水飞机的喷气发动机舱是密封的,一旦出水就能迅速起动。水中航行时, 主要靠水中推进装置的动力在水中前进。飞机驾驶员可以操纵飞机在水中做升降、转弯等动作, 从而使飞机在水中活动自如。在水中遇到危险,机上乘员还可以进行水中弹射救生。
潜水飞机在水下航行和飞机在空中飞行的原理有几分相似，但这种两用武器面临的挑战仍然巨大——飞机需要尽量轻，以便用最少的动力飞行，潜艇则需要坚固的船体承受水压；比空气重的飞机通过机翼分离气流得到升力，潜艇则通过吸入和排出水来改变浮力。
解决这个问题的思路是把整个航行器设计得比水还轻，像一架倒扣的飞机一样，通过机翼产生的力量潜入水中。在浮上水面后，机翼的角度将会改变，产生向上的升力，以便让它起飞。
潜水飞机模仿一些鸟类潜水的动作，即俯冲潜入水中，获得向下的推力，就可以在水下潜行。
潜水飞机是用新型合成碳纤维制造，这种材料制成的潜水飞机足够坚固也足够轻，允许这种航行器既可象飞机一样在空中飞行，又可象潜艇一样在海中潜航。
美国已经有人设计出一款代号“超级猎鹰”的装备，能用一双短粗的机翼潜入水下300米。要是将这种航行器装上喷气发动机和更大的机翼的话，它能以900公里的时速飞行，在水中的时速也有18公里。