Uma tocha subaquática funciona fornecendo uma fonte de oxigênio e uma substância combustível para produzir uma chama. Ela tem duas mangueiras que conduzem para baixo da tocha que, quando ativadas, combinam as duas substâncias e acendem, de acordo com o Cornell Center for Materials Research.
O gás combustível, que geralmente é hidrogênio ou acetileno dependendo das circunstâncias, combina-se com o gás oxigênio e produz uma chama na ponta da tocha. Para manter a chama, a tocha deve produzir uma esfera estável de gás para envolvê-la e protegê-la da água circundante, porque o vapor d'água e o dióxido de carbono produzidos pela chama não são suficientes para fazer isso por conta própria. Sob a água, o gás deve ser exercido a uma pressão alta o suficiente para superar a pressão da água. As tochas subaquáticas criam essa bolha protetora por ter vários bicos que emitem ar comprimido ao redor da ponta da tocha. Este ar combate a pressão da água e protege a chama, mantendo-a acesa.
Um mergulhador que controla este tipo de tocha deve ser bastante habilidoso. Tochas regulares obtêm oxigênio da atmosfera ao seu redor. Nas Olimpíadas de Sochi 2014, uma tocha à prova d'água foi carregada e passada pelo Lago Baikal.
