Các vùng sâu nhất của đại dương được coi là thế giới bí ẩn với con người cho đến nửa đầu thế kỷ 20. Những con tàu như HMS Challenger có thể đo được độ sâu từ bề mặt, nhưng chưa phương tiện nào xuống được những vùng tối đó.

Năm 1928, Otis Barton bắt đầu thiết kế loại tàu có thể lặn sâu hơn bất kỳ tàu ngầm nào khác nhằm đưa con người đến gần hơi với thế giới này. Nhà tự nhiên học người Anh William Beebe đã truyền cảm hứng thiết kế cho Barton, khi ông cần một con tàu cho nhiệm vụ lập bản đồ đáy biển sâu nhất gần tam giác quỷ Bermuda để phục vụ nghiên cứu khoa học.

Barton đã chế tạo con tàu hình cầu – đủ mạnh để chịu được áp lực lớn và thiết kế cửa sổ bằng thạch anh để Beebe có thể nhìn ngắm sự sống dưới đáy đại dương từ bên trong tàu. 

Năm 1930, Barton và Beebe thực hiện chuyến thám hiểm với hành trình đầu tiên chỉ sâu 14 m để đảm bảo con tàu đã kín. Các đợt lặn đầy tham vọng được thực hiện trong 4 năm sau đó. Ngày 15/8/1934, họ xuống đến độ sâu 923 m so với bề mặt nước biển. Kỷ lục này được duy trì đến năm 1949.

Những chuyến đi thành công của Bathysphere đã chứng minh cho linh cảm của Barton rằng hình cầu là hình dạng lý tưởng nhất để chịu áp lực vô cùng lớn dưới đáy biển. 

FNRS (1948)

Công nghệ tàu ngầm đã có bước nhảy vọt từ Thế chiến II, như thế hệ tàu ngầm quân sự XXI của Đức có thể lặn sâu 244 m. Sau Thế chiến II, người Bỉ bắt đầu đưa ra những phát minh mới và quan trọng cho hoạt động thăm dò dưới nước.

Khác với tàu ngầm của Barton và Beebe, các thế hệ FNRS không cần nối dây cáp để kéo trở lại mặt nước. Auguste Piccard thiết kế tàu thành hai phần chính, trong đó quả cầu lặn lớn dành cho thủy thủ đoàn và phao lớn hình tàu ngầm được bơm đầy gasoline, có thể làm rỗng để đưa FNRS trở lại mặt nước. FNRS-3 phá vỡ kỷ lục lặn sâu nhất thế giới năm 1954 khi xuống độ sâu 4.050 m.

Trieste (1960)

Ngày 23/1/1960, Piccard và Walsh thực hiện nhiệm vụ thám hiểm vùng biển thẳm sâu nhất thế giới. Trieste lặn sâu với tốc độ khoảng 1m/s.

Ở độ sâu 9.000 m, một cửa sổ ngoài của con tàu bị nứt, nhưng Trieste vẫn đến được mục tiêu sau 4 giờ 47 phút. Piccard và Walsh ở dưới đáy sâu khoảng 20 phút trước khi trở về. Tàu Trieste hiện được trưng bày trong Bảo tàng Hải quân Mỹ ở Washington. 

Alvin (1964)

Từ khi được hạ thủy năm 1964, Alvin đã thực hiện nhiều chuyến thám hiểm tiên phong trong nghiên cứu về mảng lục địa và sinh vật dưới đáy biển, với hơn 4.400 lần lặn sâu. Con tàu của Hải quân Mỹ có thiết kế dành cho ba người và hình dạng giống một chiếc tàu kéo.

Nhanh nhẹn hơn so với phương tiện hình cầu như Trieste, Alvin được thiết kế tự tách làm đôi khi gặp sự cố với khoang người lái nổi lên mặt nước. Năm 1976, tàu ngầm đã quan sát được các cột khói đen sinh ra từ hoạt động núi lửa dưới biển ở quần đảo Galapagos. Năm 1986, Alvin tiếp cận mảnh vỡ của Titanic, giúp các nhà khoa học lần đầu tiên quan sát con tàu này kể từ khi gặp nạn năm 1912.