Existují dva hlavní faktory, které charakterizují potápěče bez přístroje - proces zadržení dechu a změny v plicích a hrudníku způsobeným zvyšujícím se vodním tlakem.

Zadržení dechu (apnea)
Apnea je stav ve kterém jedinec dobrovolně nebo nedobrovolně přestává dýchat. Potápěč se zhluboka nadechuje a klesá pod vodou. Během potápění nedýchá atmosférický vzduch, což ale neznamená, že nedýchá vůbec. Jako následek fyzické aktivity, snižování a zvyšování tlaku, procesy buněčné a plicní dýchaní se urychlují, což způsobuje zkracování apneay. Doba na kterou je člověk schopen zadržet dech nezávisí jen na kapacitě plic jednotlivce, ale také na rychlosti šíření CO2 rozšířeném v těle. Například, v klidovém stavu trvá apnea 60 sekund, naproti tomu během náročné fyzické práce pouze 20 sekund. To je následek zvýšeného šiření oxidu uhličitého a redukce kyslíku v krvi.


Impuls dýchání a kritická hranice
Člověk vdechuje kyslík a vydechuje oxid uhličitý. Během zadržování dechu, se výdej CO2 dočasně zastavuje což znamená jeho rozšíření v buňkách, plicích a krvi. Současně oxid uhličitý začíná dráždit dýchací centrum. V jeden určitý moment se dráždění stává tak nesnesitelné, že člověk již není schopen déle zadržovat svůj dech. V té chvíli přichází neodolatelná potřeba se nadechnout a vypustit tak obsah CO2 zvaná impuls dýchání, která přerušuje apneau. Concentrace CO2 v krvi, která nutí impuls dýchání je nazývána kritická hranice. Kritická hranice nemůže být přesně definována z důvodů individualních rozdílů mezi lidmi. Vyšší kritické hranice lze dosáhnout bohatší koncentrací kyslíků, trénováním apneay, nebo jednoduše zadržováním dechu po maximálním možném vdechování.

Normální a zdravý člověk by měl mít schopnost zadržet dech na jednu minutu. Kdyby se i přes své schopnosti rozhodl překonat impuls dýchání, množství CO2 by překročilo kritickou hranici a mohlo by dojít k tzv. blackout nebo udušení.

Hyperventilace
Jistě, že lidé nejsou spokojeni se zadržením dechu na jednu minutu a hledají nové metody jak jej zvýšit a oddálit impuls dýchání.Tohle řeší tvz. Hyperventilace - praktikování nadměrného dýchání. Existují dva způsoby hyperventilace:
- s použitím atmosférického vzduchu..asi 10x se zhluboka nadýchněte. Touto cestou se obsah CO2 v krvi redukuje a člověk vydrží déle se zadrženým dechem (ale později se v těle vytvoří větší prostor pro šíření CO2). Nádechy by měli být rychlé, rovnoměrné a nesmějí přesáhnout více než 12-15, protože velmi nízký obsah CO2 je nenormální a mohl by způsobit rušení jako je závrať, nevolnost a křeče. Hyperventilace může na zemi prodloužit apneau na 1,5 - 2 minuty a její tréning na 2 - 2,5 minuty.
Varování: Po hyperventilaci dělejte pod vodou pomalé a nenamáhavé pohyby, které zpomalí spotřebu kyslíku a zároveň se vyhnete rapidnímu nárůstu oxidu uhličitého v těle.
- s použitím čistého kyslíku. Po normální hyperventilaci se několikrát nadechněte kyslíku a začněte hyperventilaci s čistým kyslíkem od samého začátku. Tento typ může prodloužit apneau na 7 -8 minut. Současný rekord je 15 minut.

Apnea z patologického hlediska
Oxid uhličitý paralizující dýchací centrum. Tyto podmínky nastávají následkem překonání impulsu dýchání a tudíž překročení kritické hranice.
    Nedostatek kyslíku
Hyperventilace skrývá potenciální nebezpečí tehdy, když potápěč vykonává namáhavou fyzickou aktivitu. Plavání nebo jiný druh pohybu pod vodou zvyšuje spotřebu kyslíku s jeho vyčerpáním v krvi. Zároveň hyperventilace vede k nízkému obsahu CO2 a prodloužení apneay. V tom případě potápěč ztrácí vědomí, aniž by předtím cítil potřebu se nadechnout, protože nemůže cítit snížený obsah kyslíku v krvi. Vedle nízké koncentrace CO2 způsobené hyperventilací, ještě nedošlo k překročení kritické hranice CO2, a tedy nebyl vyslán žádný signál dýchacímu ustrojí přerušit apneau. Takovéto případy úmrtí jsou běžné mezi trénovanými potápěči.
Varování: Je důležité se vyhnout intenzivní fyzické práce pod vodou po hyperventilaci.

Zvýšený tlak kyslíku v hluboké vodě
Příklad: Velmi dobře trénovaný potápěč, zabraný do okolní podmořské podívané tráví asi minutu v hloubce 20 - 30 metrů bez toho, aby cítil jakoukoliv potřebu kyslíku a bez žádného impulsu dýchání. Přesvědčen, že ještě nespotřeboval kyslík stoupá k hladině, když náhle cítí silnou potřebu se nadechnout, které se nemůže ubránit. Tři nebo dva metry než dosahuje hladiny se topí. Vysvětlení: Zvýšený tlak kyslíku v jeho těle způsobil pocit pohodlí, zároveň CO2 pomalu akumuluje bez signalizace nebezpečně se snižující koncentrace kyslíku v krvi. Během stoupání se tlak, který "oloupil" potápěče o kyslík zredukoval. Oxid uhličitý se rychle rozšiřuje do krve a expanduje do celého těla a způsobuje neodolatelný impuls dýchání. Protože již nemá žádné zásoby kyslíku se potápěč topí.

Důsledky působení tlaku na plíce a hrudník,
změny v hrudníku.
Podle tzv. Boylových zákonů, hrudník se začíná stahovat se zvýšeným působením tlaku. Se svými anatomickými vlastnostmi, hrudník se podobá pružině, která reaguje na změny okolního tlaku - během klesání se stahuje a redukuje kapacitu vzduchu v plicích, během stoupání se rozšiřuje a zvyšuje tuto kapacitu.

Jednou kontrakce hrudníku dosáhnou kapacity zbytkového vzduchu v plicích, nezáleží o jaký jde plyn, hrudník už se nemůže více zmenšit. Následkem změn tlaku se vyskytne tzv.(z angl.) cupping - glass efect. Velké množství krve vstupuje do plic, což může vést až k protržení srdečního svalu. Pokud není tento efekt zvláště výrazný, způsobuje bronchopneumonii nebo menší krvácení v oblasti úst. Tyto případy jsou pozorovány při potápění ve velkých hloubkách.

Jiný případ tohoto efektu se projevuje v hloubce 1.8 - 3 metry, kdy potápěč dýchá atmosférický vzduch s pomocí dlouhé trubice. V takovéto hloubce, svaly v oblasti hrudníku nemohou překonat odpor vody.

Potápěčovy schopnosti
Bezpečná hloubka pro potápění bez přístroje záleží na větší plicní kapacitě a menší kapacitě residualního (zbytkového) vzduchu. 15 metrů je považováno za bezpečnou hloubku. Každý další metr pod 20 je spojen s nebezpečím.

Samozřejmě, bylo vytvořeno mnoho fantastických rekordů pod 100 metrů. Potápěči jako Jacques Mayol, Francisco Pipin Ferreras nebo Loui Leferme vynikají svými perfektními fyzickými schopnostmi jako je obrovská plicní kapacita, bezvýznamný residuální vzduch, zvýšená odolnost vůči oxidu uhličitému a schopnost snižovat srdeční aktivitu.
Změny vztlaku
Podle Archimédových zákonů, potápěč s maskou a plícemi naplněnými vzduchem má kladný vztlak a k potopení potřebuje vynaložit fyzickou námahu. Jeho hrudník se postupně zmenšuje s přibývajícím tlakem a vztlak se stává v 6 až 7 metrech neutrální. Další klesání způsobuje stahování hrudníku a po čase potápěč získává záporný vztlak.

Tyto změny vztlaku jsou využívány profesionálními potápěči k úspoře energie. Během stoupání doplavou do 6 - 7 metrů, tam se nechávají vodou vytlačit na povrch.