Ciśnienie powietrza atmosferycznego wynosi około 1 atmosfery, aparat oddechowy musi dostarczać płetwonurkowi na głębokości 10 metrów powietrze o ciśnieniu 2 atmosfer, na głębokości 20 metrów 3 atmosfer itd. Ze względów fizjologicznych nurkowanie przy wykorzystaniu do oddychania sprężonego powietrza możliwe jest do głębokości około 110 m.
Aparat nurkowy składa się z dwu elementów: zestawu butli – zasobników powietrza oraz automatu oddechowego – urządzenia, które dostarcza płetwonurkowi powietrze o ciśnieniu równym ciśnieniu otoczenia.
Pierwszy system tego rodzaju został wprowadzony w 1942 roku przez inżyniera Emila Cagnana, specjalistę w dziedzinie powietrza ciekłego, działającego we współpracy z pionierem nurkowania swobodnego Jaquesem Coustealu, a następnie spopularyzowany pod nazwą “aparatu Cousteau-Cagnan”.
Automat przedstawiony na rysunku jest konstrukcją o dwu stopniach redukcji ciśnienia powietrza. Pierwszy stopień, w którym czujnikiem ciśnienia otaczającej wody jest tłok, a wielkość redukcji zależy od siły sprężyny – rozpręża powietrze zawarte w butli (ok. 200-300 atmosfer) w powietrze o ciśnieniu wyższym od ciśnienia wody prawie 7-12 atm. To powietrze jest przesyłane do drugiego stopnia. Tu podobny system: sprężyny, dźwignie i membrany pozwalają rozprężyć powietrze o średnim ciśnieniu do panującego na danej głębokości. Zużyte powietrze jest wydychane przez nurka zaworem wydechowych.
Istnieją również automaty o jednym stopniu redukcji ciśnienia, jednak ze względu na archaiczną konstrukcję są rzadko używane w działalności podwodnej.
Ciśnienie oddziałuje na dźwignie przez membranę z gumy kauczukowej. Sprężyna uniemożliwia jednak samoczynne otwarcie zaworu. Nurek oddając swoją siłę oddechu powoduje napływ powietrza.
Pierwsze projekty aparatów do oddychania pod wodą
Pierwotnie do budowy aparatu przeznaczonego do oddychania pod wodą próbowano wykorzystać worki z powietrzem. Ta metoda jednak nie przyniosła pożądanych skutków, gdyż worki szybko napełniały się, wydychanym przez człowieka, dwutlenkiem węgla. Pierwszy, zaprojektowany w 1500 roku, samodzielny system do oddychania pod wodą, był autorstwa Leonarda da Vinci. Jego rysunki przedstawiały nie tylko system oddychania i oraz kontroli pływalności, ale także pierwszy kombinezon dla nurków. Nie wiadomo jednak, czy te projekty kiedykolwiek zrealizowano. Prawdopodobnie wynalazki Da Vinciego miały znaleźć zastosowanie w wojsku. Dla rozwoju nurkowania za pomocą aparatu oddechowego kluczową postacią był jednak inny Włoch Giovanni Alfonzo Borelli. Włoski matematyk i fizyk zaprojektował aparaty nurkowe zintegrowane z tubami powietrznymi o zmiennej objętości, wzorując się na pęcherzach rybnych. Według wskazówek Borelliego nurek zabierał ze sobą pod wodę hełm połączony ze skórzanym workiem, który zawierał różne składniki chemiczne. Powietrze wydychane przez nurka miało dzięki tym substancjom być regenerowane, tak by można było nim ponownie oddychać.