据史料记载，古代希腊的潜水员，不使用任何呼吸器具，能够在浅水区潜水4～5分钟，到了1300～1400年，人们再度开发海洋时，已经有了能在深海里呼吸的装置。
最早研究这种装置的达文西是欧洲文艺复兴时代（1300～1500年）最优秀的人物之一。他所设计的水中装置，是一种装在头上能抵抗水压的头盔，盔上装有可伸出海面与浮标相连的呼吸管，并戴上玻璃潜水眼罩，而且在金属头盔上钉上许多大铁钉，以避免海中动物的侵袭。
达文西还设计了有蹼的手套和蛙鞋，但他没有实际试验过自己发明的器具，否则他将会发现许多意想不到的缺点。戴上达文西呼吸管的潜水员，潜至不超过5尺处，一定会窒息而死，因为在那个深度，胸部所受的压力使得肺不能充分扩张，以致无法吸收空气。
又过了100多年后，艾德蒙·哈利发明了在钟里输送压缩空气的方法。他发现，如果潜水员所呼吸的空气与他周围的水压相等的话，他的胸部就不会受水压的影响，并能正常呼吸。哈利就以这观点作为制作潜水钟的原理。潜水钟由钢铁制成，但无底部，钟下可容纳1个或2个潜水夫。潜水钟深入海里时，水的重量会将钟内的空气压缩，潜水夫就能在钟内暂时地吸些空气。
但是这种潜水钟也有缺陷：假若钟的高度有10尺，在深627尺处，钟的内部空气只有15公分，潜水员在里面无法自由活动。为解决空间问题，哈利再度研究发现，如果能从海面上不断传送与水相等压力的空气，那么内部的水面便不会上升。他用两只软管装在潜水钟上，空气因水的压力透过管子进入钟内，潜水员只要打开栓盖，便能获取所需要的空气。
哈利通过自己的亲自实验，不断改变浅水钟里不理想的地方，如钟内的坐椅，妨碍潜水员的视野，于是哈利想办法使潜水员能呼吸戴在自己头上的独立小钟内的空气，这样，他发明了潜水服。
人体肺部受到强力水压时，无法呼吸普通空气，因此，初期的潜水服设计家们，着重研究在危险的压力下如何保护潜水人员的问题。他们开始研究制作铁制甲胄般的潜水服。
1829年，奥古斯都·希普发明了一种潜水服，这是现代附帽潜水服的原形。1837年完成了制造完全的潜水服，这是能够自由拆除钢盔的橡皮制不透水潜水服，钢盔上装有空气的进出口，由协助人员在甲板上以打气筒供给压缩空气。由于希普的发明，使得潜水员可以潜至300尺深处。第一位利用希普的装置探险海底的是科学家亨利·米伦·爱德华，他是法国的动物学家，1844年，在西西里外海潜水，采撷栖息于地中海的生物标本，亨利多次从事这项工作。潜水服的发明虽大大便利了科学家对海洋的研究，可是初期的潜水服因存在种种不理想的地方，仿效他从事潜水探险的科学家却寥寥无几。
到了公元1865年，法国采矿技师布诺瓦·鲁魁洛尔和一位海军士官奥邱斯特·杜涅鲁斯，设计了能让潜水员自由活动的装置。他们将装满压缩空气的金属罐子，安装于潜水者的背部，其上装了两个调节活门，其中一个活门是送出空气，另一个调节活门将潜水员呼出的空气排出。
这项发明已几近完美，可是因为当时无法制造能耐深海水压的金属罐子，所以鲁魁洛尔和杜涅鲁斯只好仍使用原来的装置，以长长的管子输送空气。完全脱离输送管的潜水，到1943年才研制成功。
在研究潜水服的同时，适用于深海作业的潜水艇也在研制之中。有人认为达文西也有研制海中军舰的蓝图，只是他严守这项计划的秘密，他曾记载：“因为人心存有太多的邪恶，如果让人们知道海中航行的秘密，他们一定会毫不犹豫地使用海中航行船只，在深海里播下杀人的种子。”
历史无情地验证了他的忧虑。1776年，大卫·布修尼尔发明的潜水艇便用于美国独立战争。这艘达托鲁号，状似海龟，是由一个人用手转动曲柄，使两个螺旋桨（一只使船前后移动，另一只是使船上下移动）转动而航行的。布修尼尔为使驾船者能在敌人船身上装上火药而设计此艇，达托鲁号虽然使用爆破装置攻击在纽约港的英国舰艇，可是并没有成功。
后来美国技师罗伯特·福尔顿将“达托鲁号”的设计进行了改良，于1800年，创造了两艘潜水艇——诺蒂拉斯号和缨德号；福尔顿相信，潜水艇有助于结束海战或海盗行为，可是他的两只潜水艇，均未被用于战争。1930年以前，没有人能够深入600尺以上的海里，但就在这一年，人类终于突破这个深海的无人地带。这是由于新型船只的发展所致，也由于这些船只的更新，使得鸟类学家威廉·毕比转向海洋生物学的研究。毕比长期详细的探究海洋深部，他的目的是要探查栖息的海洋生物。为达到这个目的，他数百次地潜入海中。虽然他穿着安全的附帽潜水服，但仍受深度的限制。用钢绳潜入海地岛水域下63尺深海底。透过头盔玻璃眼罩，他看到了许多珍贵而且色彩丰富的鱼类及海洋生物，这些海中珍物在他眼里，自由自在地游动着。
毕比在《海中下降半里》一书中如此写着：“当我向下看时，看见了像火星、金星世界般的未知——珍贵丰富的生物，这使我感觉到，漫游于海中的愿望将要实现了。”
毕比想更深一步地下潜，但当时的潜水器阻碍了他的行动。克服这种障碍，势必平均1平方公分能耐40千克压力，而且能装载1人的宽壁乘坐物。
为了完成这个构想，毕比决心邀请曾经做过深海探险的钢球技师政提斯·巴顿和设计师约翰·H·J·巴德人协助。在三个人共同努力下，重新制作装备，毕比将新的装置取名为“深海潜水球”。
“深海潜水球”直径1.45米，球壁厚3公分。每平方厘米能耐105.5千克以上的压力——与海面下3400深度压力相等，而且相当坚固。船体重达2450千克；它与军事用潜水艇不同，潜水球上装有圆形的窗户，窗厚76公分，以溶解的石英做成玻璃。石英是人类所知物质中最坚硬的透明体，它能反射任何波长的光，每一个窗户直径20.3公分；深海潜水球内备有氧气筒可自动供给氧气，乘员身上散发出来的湿气，会被装在盘里的氯化钙吸收，而盘内的碱石灰（氧化钙与氢氧化钠混合剂）能吸收迷漫于室内的二氧化碳。
另外还有一根管子，连接深海潜水球和海上的母船，管内的电缆能供给发动电力机械与探照灯所需的动力，同时为了毕比进入深海时，能详细地记事，还装上电话线。最后，深海潜水球被粗2.2公分、长10.6千米的钢铁制电缆线吊入海里。
潜水球究竟能潜多深？这个问题，在1930年6月6日得到了答案。当天，深海潜水球被装在大型舢船“淑女号”的甲板上，运到百慕大温暖的外海，“淑女号”本身被拖船“福拉蒂斯号”拖到外洋。在此以前，深海潜水球为适应这次深海旅行，在同样的航线里作了多次的潜水试验，不过球内并没有工作人员。这些准备是为了从事史无前例的深海探险。
上午时分，毕比和巴顿进入深海潜水球直径35.6公分的圆形出入门，甲板上的乘员，把180千克重的盖子用巨大的螺丝钉和螺丝帽锁好，潜水球便完全被密封。
谁也不能预料潜水时会遭遇到什么样的危险，他们像是被囚禁在钢铁制容器内的狂人一样，无法抗拒深海潜水球剧烈的摇动。潜水球被海面的大波浪冲击随着母船上下摇动，在电缆紧紧拉引下，狂乱地动荡着，如果电缆拉力超过限度，深海潜水球将会像石头般地滚入海底。
当毕比眺望海面以下世界的瞬间，他忘记了恐惧。毕比在他的著作中写着：“在50尺深处时，我看见我的周围被朦胧的青绿色包围，我无法相信这竟是我穿戴潜水钢盔潜水的界限。”
毕比接着写着：“每多潜入几尺，便遇到令人惊讶的新现象——生命并没有如预期中那么丰溢活跃，但所有生物的数目却令人难以置信。在1000尺深处，我清楚地看见几条淡绿色的光线和轮廓鲜明的虾子……。偶尔出现的美拉诺斯托米阿地特龙鱼，发出燃烧般耀眼的光线，同时我们也看见名叫沙普莫利娜的鱼儿发出小小的如珍珠般的光点，而可培普达（小小的甲谷类）的颜色，使我们联想起日光的辐射……”
“在1680尺深处，我们见到体长14.5公分的生物向窗户冲来，很快地飞射到外侧后爆炸，那种闪光非常亮地照在我的脸上和窗内下方，在那些闪光当中，我看见了很大的红色虾子和碰裂的光芒。”
“上午11点12分，我们在3000尺深处停了下来，这将是这次潜水的最终点，因为连结母船的缆绳已经快没了……。周围水的颜色更深了，在海面上任何无星光的黑夜与此相比较，也只不过是‘薄暗’罢了，我想我以后再不会轻易的使用‘黑色’这个词句了。”
缆绳似乎松弛了，球体又下降了一些，此时接到海上的联络电话，说刚才海面发生横波，由于深海潜水球和缆绳的重量紧卷在卷扬机上，因此休贝史达船长下令松懈过紧的缆绳，因而下降了14.4公分。卷扬机轴上只剩下12圈缆绳，我们现在被吊在3028尺深处，此时我们才明白我们离海面已是如此的遥远。”
毕比和巴顿终于创造了人类潜水最深的记录，他们带着人们的欢呼回到了海面。
