Sonar chủ động dùng đầu phát (Transmitter) phát xung sóng, thường được gọi là một "ping", và nghe tiếng vọng lại ở đầu thu (Receiver). Có nhiều cách bố trí hình học các đầu phát và thu, cho ra cách thức định vị đối tượng khác nhau:

• Nếu phát và thu ở cùng một chỗ, hoạt động của nó là đơn tĩnh (monostatic).
• Nếu phát và thu tách biệt, hoạt động của nó là song tĩnh (bistatic).
• Nếu có nhiều đầu phát (hoặc nhiều đầu thu) ở vị trí tách biệt, hoạt động của nó là đa tĩnh (multistatic).

Hầu hết sonar là đơn tĩnh. Các phao âm thanh (Sonobuoy) có thể được vận hành đa tĩnh.

Xung âm thanh phát ra có thể được bộ phận tạo tia (beamformer) tập trung sóng thành một chùm mạnh. Đôi khi xung âm thanh có thể được tạo ra bằng các phương tiện khác, ví dụ: (1) sử dụng chất nổ, (2) súng hơi (Airgun) hoặc (3) nguồn âm thanh plasma.

Khi thu được tín hiệu phản xạ, sẽ tính được khoảng cách đến đối tượng dựa theo tốc độ truyền âm thanh trong nước, giá trị thô là 1500 m/s. Để có độ chính xác khoảng cách cao hơn, phải đo giá trị đó trong môi trường cụ thể, hoặc tính ra theo quan hệ tốc độ với độ mặn và nhiệt độ.[2]

Nếu các đối tượng ở xa, tín hiệu phản xạ nhỏ, thì người ta dùng kỹ thuật đa tia và đa tần. Xử lý tín hiệu thu (Digital processing) dựa theo khuôn mẫu của tín hiệu phát ra, và so sánh kết quả của các lần phát, sẽ cho ra giá trị tin cậy.

Khi phát xung đơn tần hoặc biến đổi tần trong dải hẹp, thì bằng hiệu ứng Doppler sẽ tính được tốc độ dịch chuyển xuyên tâm của đối tượng.

Khi bố trí nhiều đầu thu và xử lý tín hiệu đồng thời, sẽ định vị được đối tượng. Cách thức bố trí đầu thu xác định vùng định vị tin cậy.

Ngoài tác dụng dò tìm, thì sonar còn dùng cho trao đổi thông tin dưới nước. Thông tin được mã hóa theo cách thức nào đó, và được gửi vào nước.