Khảo cổ học dưới nước không chỉ khảo sát, khai quật các tàu đắm nằm ở đáy biển, đáy sông, mà cả những di chỉ phù sa dưới lòng sông, những di chỉ đất liền đã chìm xuống nước, những hải cảng, những thành phố, thậm chí cả một lãnh thổ rộng lớn ngày nay bị ngập nước sau những hiện tượng của tự nhiên như động đất, núi lửa.
Người ta thường lấy sự kiện mùa đông năm 1853-1854 khi mực nước các hồ ở Thụy Sĩ xuống thấp làm xuất lộ những cột gỗ, đồ gốm và những hiện vật khác, tạo điều kiện cho việc nghiên cứu khảo cổ học là thời điểm khởi đầu của khảo cổ học dưới nước.
Cách đây khoảng 100 năm, một số nhà khảo cổ học đã dùng phương pháp lặn có mũ trùm hoặc sử dụng những thợ lặn làm nghề lấy bọt biển để quan sát các di tích và các tàu đắm dưới nước. Sau Chiến tranh Thế giới thứ hai (1945), thiếu tá Jacques Yves Cousteau và kỹ sư Emile Gagnan, cả hai đều là người Pháp, đã phát minh ra bộ áo lặn có thể giúp lặn sâu 50 mét dưới mặt nước; từ đó, ngành khảo cổ học dưới nước phát triển mạnh mẽ.
Bên cạnh bộ đồ lặn chuyên nghiệp, tham gia vào việc thăm dò khảo cổ học dưới nước còn có những kỹ thuật tiên tiến như máy quét cạnh định vị (side–scan sonar) phát ra những sóng cao tần (50 đến 500 kHz) thành chùm hẹp theo mặt nằm ngang có thể chụp bề rộng hơn 300 mét dưới đáy biển; máy từ kế (proton magnetometer) dùng để phát hiện những biến thiên của từ trường trái đất do sự có mặt của những hiện vật bằng kim loại như đại bác, đạn sắt, vỏ tàu…; máy dò sóng ngầm dưới đất (sub-bottom profiler) phát ra chùm sóng âm hạ tần xuyên vào đáy biển, phát hiện những hiện vật chôn vùi nơi đáy biển; máy khảo sát điều khiển từ xa (ROV - Remotely operated vehicle) được trang bị máy quay video và truyền hình rất nhạy sáng, dùng những sóng âm hạ tần (3,5 đến 12 kHz ) để thăm dò lớp trầm tích dưới đáy biển.