在探索水下的世界中，人类首先需要面对的核心挑战是如何维持呼吸。对于自由潜水而言，这一挑战相对简单，只需借助压缩后的普通空气即可完成。然而，随着潜水深度的不断攀升，外部压力也随之增大，这会导致空气中的氮气成分逐渐渗透至人体中枢神经系统的细胞内，从而引发一种被称为“氮麻醉”的生理现象。为了应对长时间或深度的潜水需求，人们研发出了一种特殊的装备——水肺。这种装备能够为潜水员提供持续稳定的呼吸支持，确保他们在水下环境中的生存。采用水肺进行的潜水方式被称为水肺潜水，其特点在于气瓶中填充的是氦气和氧气的混合气体。之所以选择这种混合气体，是因为氦气的麻醉作用远低于氮气，从而降低了潜水员在水下作业的风险。
除了呼吸问题之外，人类在潜水过程中还需应对另一大威胁，即减压病的发生。科学研究表明，海水深度每增加10米，就会相应增加一个标准大气压的压强。随着压力的不断提升，人体血液对空气的溶解能力也会随之增强。如果潜水员在完成潜水任务后迅速从深海返回海面，那么原本溶解在血液和组织中的气体可能会形成气泡，进而阻塞血液的正常流动，严重时甚至可能导致生命危险。因此，在早期阶段，潜水员在完成潜水任务后必须进入减压舱，通过逐步减压的方式再回到海面上。值得注意的是，这一减压过程所需的时间往往比实际水下工作时间还要长。
为了有效解决减压病问题，科学家们在1957年发明了一种名为“饱和潜水”的技术。该技术的核心原理在于：首先让潜水员在舱内经历加压过程，直到其体内的气体成分达到完全饱和状态。随后，潜水员便可以在高气压的深水环境中连续工作数天乃至数十天，待任务完成后再一次性完成减压并出水。之所以能够实现这一目标，是因为当人体在高压环境下停留至一定时间后，血液和组织中所渗透的气体成分会达到饱和水平。此后，只要外部压力保持不变，即便延长在水下的停留时间，血液和组织中的气体含量也不会发生进一步变化。
如今，无论是海底救援、水下施工、资源勘探，还是科学考察等领域，凡是涉及潜水员直接暴露在水深超过100米的高压环境下的水下作业，都必须采用饱和潜水技术。以法国潜水员为例，他们在地中海进行的饱和潜水作业已成功达到534米的实际作业深度，而实验深度更是达到了701米，这一成绩至今仍是世界最高纪录。在中国，12名潜水员在南海上创造了百米级深水环境中连续生活390小时、工作126小时并成功完成海底油管更换的纪录；在实验领域，中国的饱和潜水技术也已成功突破490米的深度限制。
除了呼吸和减压问题之外，潜水员还需要一套能够有效保护身体和维持体温的重要装备——潜水服。早在500多年前，著名发明家达·芬奇就曾设计过一种皮质的潜水服。而如今最先进的潜水服，被称作大气压潜水服。这种潜水服实际上并非传统意义上的衣物，而更像是一个小型化的单人潜水器。它通常由金属或塑料材料制成，外形类似于盔甲，同时配备有可活动的肢体关节和推进装置。由于潜水服内部始终保持一个标准大气压的压强，因此潜水员无需担心加压或减压带来的问题。目前性能最佳的大气压潜水服，已能够在超过700米深的水域中稳定工作。这种潜水服同样成为科学家进行深海考察的重要工具，被誉为“深海女王”的美国海洋学家西尔维·厄尔，就曾身穿大气压潜水服，在夏威夷380米深的海底成功行走和观察长达两个半小时，并由此创造了女子深潜的世界纪录。崔维成、戚心源