Подводная археология отличается от классической археологии специфическими условиями осуществления поисковых работ. Особое её значение связано с тем, что многие культурные и экономические центры во все времена располагались в прибрежной зоне и для их целостного изучения необходимо исследование ныне затопленных морем участков, акваторий древних портов, а также мест кораблекрушений.
Изучение морского дна у Гераклейского полуострова началось 90 лет назад, еще в 1930 году, когда директор Херсонесского музея профессор Константин Эдуардович Гриневич впервые привлек водолазов ЭПРОН к археологическим работам в районе Севастополя. Экспедиция в течение двух сезонов в 1930 и 1931 годах работала в акватории у Херсонесского маяка. Эти исследования положили начало разработке подводных археологических методик и определили основные задачи и проблемы отечественной подводной археологии. Исследования древних памятников, находящихся под водой, в то время могли осуществляться только профессиональными водолазами, а не археологами.
Развитие легководолазного дела в 60-е годы ХХ века дало новый толчок исследованиям морских глубин. Археологическая экспедиция под руководством советского археолога и историка античности В.Д. Блаватского в 1960 году обследовала дно Карантинной бухты и произвела зарисовку остатков древних каменных сооружений. А в 1964–1966 годах работы проводились объединенной археологической экспедицией Харьковского, Уральского университетов и Херсонесского музея в Карантинной, Песочной и Круглой бухтах. В ходе исследований в Круглой бухте аквалангисты подняли амфоры, пролежавшие там свыше 2200 лет. Кроме целых сосудов в этом же месте было найдено большое количество крупных фрагментов античных и средневековых амфор, кувшинов, черепиц и кирпичей. Поднятые со дна предметы значительно обогатили коллекцию Херсонесского музея и вызвали научную дискуссию, связанную с проблемой реконструкции границ прибрежных сельскохозяйственных участков Херсонеса, в настоящее время частично затопленных морем или уничтоженных абразией.
Проведенные в ХХ веке исследования далеко не исчерпали все археологические богатства, а только слегка приоткрыли тайны, которые хранит море у Гераклейского полуострова. Подводные археологи проводят разведки и сегодня.
С 2012 года – то есть со времени основания отдела подводной археологии музея-заповедника «Херсонес Таврический» – научными сотрудниками проводится большая изыскательская работа в бухтах Севастополя. Исследования ведутся в рамках научной темы «Гавани Херсонеса. Интенсивность использования бухт Гераклейского полуострова в качестве гаваней Херсонеса». В процессе работы археологи используют дистанционные методы исследования и фотограмметрическую съёмку подводных объектов. Разведки и раскопки проводятся с использованием подводного снаряжения и грунтоуборочных средств.
Несмотря на довольно активную работу экспедиций прошлых лет, сотрудниками отдела обнаружено немало археологического материала для изучения. В основном это многочисленные фрагменты и целые амфоры, кровельная черепица, столовая посуда эллинистического, римского и византийского периодов, детали древних якорей, а также предметы, относящиеся к периоду Крымской войны.
К основным задачам отдела подводной археологии музея относятся: установление точной локализации места порта Херсонеса и его причальных сооружений, реконструкция затопленных участков городской территории и хоры, изучение торговых связей, морских судоходных путей и ассортимента товаров местного рынка в разные периоды жизни города, а также изучение динамики наступления моря на берега Херсонеса.