Protože ponorka může útočit skrytá pod vodou, potřebuje jedinečné řešení pro sledování nepřítele a k tomu slouží periskop pro ponorky. Rané konstrukce ponorkového periskopu, které se používaly za 2. světové války, byly velmi jednoduché tím, že měly v podstatě dva dalekohledy namířené proti sobě.
Možná největším rozdílem mezi ponorkou a hladinovou válečnou lodí je preferovaný způsob útoku. V období 2. světové války byly hladinové lodě navrženy tak, aby si to rozdaly s děly těžké ráže. Torpédoborce nesly také torpéda, která byla obvykle vypouštěna pod úhlem 90° ke kurzu torpédoborce. Letadlové lodě používaly letadla a bomby v podstatě stejným způsobem jako bitevní lodě a křižníky svá děla, i když samozřejmě s podstatně větším dosahem a výkonem.
Ponorky obvykle útočily při ponoření. Ponorky jsou obvykle zranitelnější vůči poškození než hladinové válečné lodě. Pokud je na ponorce nějaký pancíř, je většinou instalován kolem velitelské věže a můstku a je určen k ochraně před zbraněmi lehké ráže, jako jsou kulomety, nebo před střepinami granátů. Hladinové válečné lodě mají obvykle rozsáhlejší pancéřovou ochranu. Pro ponorku nepředstavují primární ochranu těžké ocelové pláty, ale možnost operovat pod hladinou, kde ji nepřítel nenajde, aby na ni mohl střílet.
Hlavní zbraní vojenské ponorky je torpédo. Za druhé světové války bylo nejběžnějším typem torpédo o průměru 21 palců (533 mm), poháněné buď malou „parní“ turbínou, nebo elektromotory a bateriemi. Elektrická torpéda byla často nazývána „neprobuzená“, protože nezanechávala viditelnou stopu výfukových bublin, která byla charakteristická pro parní typy. Japonské císařské námořnictvo používalo 24palcová (610 mm) „kyslíková“ torpéda. Toto torpédo „Long Lance“, které neslo 1000librovou bojovou hlavici – téměř dvojnásobek výbušné síly torpéd jiných námořních sil – bylo obecně uznáváno jako nejúčinnější torpédo, jaké kdy bylo zkonstruováno z hlediska užitečnosti jako zabiják lodí.
K tomu, aby ponořená námořní ponorka mohla potopit nepřátelskou loď, bylo zapotřebí nějakého prostředku k zaměření torpéd. Různá námořnictva vyvinula různé metodiky. V meziválečném období americká doktrína upřednostňovala používání sonaru pro určení dosahu, směru a úhlu cíle. Věřilo se, že pokrok v detekci a protiponorkových zbraních způsobil, že vystavovat periskop za denního světla je sebevražedné. Za tímto účelem americké námořnictvo instalovalo do svých ponorek ve flotile vysoce vyspělé sonary a hydrofonní soupravy spolu s počítači s torpédovými údaji, které zůstaly podstatně vyspělejší než cokoli používaného v jakémkoli jiném námořnictvu až dlouho po skončení války.
Ve skutečnosti se ukázalo, že sonarové útoky při ponoření jsou ve skutečných válečných podmínkách pozoruhodně neúčinné. Upadajíc do jednoho z nejběžnějších vojenských omylů, americké námořnictvo vyvinulo teorii a poté vidělo výsledky testů optikou této teorie. Jakékoli výsledky, které se zdály teorii potvrzovat, byly nadšeně přijímány, zatímco výsledky, které teorii nepotvrzovaly, byly přičítány „chybě obsluhy“. Tato tendence pokračovala i za války, a to do té míry, že řada velitelů byla odvolána z funkce pro „nedostatek agresivity“, i když skutečný problém spočíval v tom, že torpéda, která odpalovali, nefungovala. (Bureau of Ordinance tvrdil, že torpéda fungují, a protože se v tom nemohli mýlit, museli to být velitelé.)
Zatímco američtí vyšší velitelé problémy s torpédy ještě nějakou dobu přehlíželi, ponorkový sonar byl po zahájení války velmi rychle eliminován. Velitelé 
si uvědomili dvě skutečnosti. Zaprvé, pouhým sonarem nic nezasáhli. A za druhé, pokud jste byli opatrní, bylo mnohem těžší vidět hlavu útočného periskopu, než se teoretici domnívali. Horní část optronického stožáru byla vyrobena co nejštíhlejší, aby se snížila pozorovatelnost. Limitujícími faktory byly velikost horního objektivu, který musel být dostatečně velký, aby zajistil slušný provoz za denního světla, a horní hranol a jeho seřizovací mechanismus. Horní hranol bylo možné vyklopit z velitelské věže, aby se zorné pole zvedlo pro vyhledávání ve vzduchu, nebo jej sklonit pro pohled zblízka.
Pokud byl konstruktér periskopu – a námořnictvo, které ho zaměstnávalo – ochoten vzdát se možnosti vyhledávání ve vzduchu a postavit periskop s pevnou hlavicí, mohl být průměr poměrně malý. V některých případech ne o mnoho více než 1/2 palce. Standardní útočný periskop používaný na amerických námořních ponorkách měl na horním konci průměr 1-1/4 palce. Pátrací nebo „noční“ periskopy měly větší hlavici pro větší schopnost sběru světla. Americké pátrací periskopy z konce války měly v hlavici zabudovaný radarový vlnovod.
Jeden z běžných termínů je hloubka periskopu, která je definována jako hloubka potřebná k vysunutí zaměřovače nad vodní hladinu.
Ovládací prvky periskopu
Obrázek vlevo ukazuje zjednodušený pohled na okulár a ovládací prvky útočného periskopu Kollmorgen, podobného typu, který se za druhé světové války používal na většině útočných ponorek amerického loďstva. Hlavní hřídel periskopu spočívá na kuličkových ložiscích v těžkém zvedacím límci nahoře. Dvě zvedací tyče připevněné k límci vstupují do hydraulických válců umístěných v periskopových nůžkách nad řídicí věží. Ke zvednutí periskopu se používá hydraulický tlak na spodní část pístů uvnitř válců. Pro spuštění periskopu se hydraulická kapalina nechá vytéct z válců zpět do nádrže. Po uvolnění hydraulického tlaku se periskop spustí gravitací.
Knoflík na pravé horní straně periskopu slouží k nastavení zaostření. Černá deska s okulárem v horní polovině je sestava paprskového filtru. Ta obsahuje disk se třemi barevnými – a jedním čirým – filtrem, který lze otáčet před okulárem a usnadnit tak viditelnost za různých světelných podmínek. Filtry mají červenou, zelenou a žlutou barvu. Když se periskop používá, je na něm nasazen dvojitý gumový okulár. Jedna strana okuláru je zablokovaná a ve skutečnosti se používá pouze jedno oko. Okulár je oboustranný, aby kapitán mohl používat své dominantní oko. (Kromě toho, že jsou lidé praváci nebo leváci, jsou také praváci nebo leváci, i když většina z nich pravděpodobně netuší, kteří to jsou)
Vnější část levé rukojeti se otáčí, což umožňuje zvedání nebo stlačování horního hranolu. Tlačítko na vnitřní části rukojeti je detenční. To umožňuje, aby se otočná rukojeť zacvakla do přednastavených poloh, takže kapitán může začít s hranolem v plné elevaci a po dokončení úplného přejetí horizontu se přesunout do dalšího detentu a po hmatu spustit hranol do další polohy. Tři úplné přejetí pokrývají všechny polohy.
Pravá rukojeť nastavuje optický výkon periskopu, který je opticky také dalekohledem. Nízké nastavení je 1,5 výkonu a vysoké nastavení je 6 výkonů.
Knoflík pod pravou rukojetí je ovládání stadimetru. Stadimetr je dálkoměr, který umožňuje kapitánovi zakreslit útok s mnohem větší přesností než pouhý odhad, jak daleko se cíl nachází. Vzdálenost k cíli v metrech se odečítá z velkého černého číselníku ve spodní části periskopu. Tento číselník je duplikován na zadní straně periskopu, takže údaje může odečítat i přibližovací důstojník, aniž by kapitán musel sundat oko z okuláru. V zadní části periskopu, ve zvedacím límci, je také ložiskový kroužek. Pokud je periskop namířen přímo na příď ponorky, je azimut nulový, protože azimut cíle se udává vzhledem ke kurzu ponorky.
Azimut cíle by se neměl zaměňovat – jak se to stalo v mnoha filmech a televizních pořadech – s „úhlem na přídi“. Target bearing je relativní směr od ponorky k cíli. Úhel na přídi je úhel, pod kterým se cíl křižuje, přibližuje nebo vzdaluje od ponorky. Pokud cíl míří přímo na ponorku, je úhel na přídi nulový. Pokud míří přímo od cíle, je úhel na přídi jedna-osm-nula. (Ložiska a rychlost se pro přehlednost vždy uvádějí jako jednociferné číslo.) Pokud cíl křižuje pod pravým úhlem zprava doleva, je úhel na přídi levobok 90°. Úhel na přídi je v podstatě azimut na ponorku od cíle.
Tento obrázek ukazuje pohled skrz periskop s použitým stadimetrem. Dělený hranol slouží k překrytí druhého obrazu cíle přes aktuální obraz. Kapitán nastaví hranol 
tak, aby vodoryska druhého obrazu byla nastavena na stěžejku skutečného obrazu cíle. Výška stěžně od vody se zadá na číselníku a získá se údaj. Stadimetr ve skutečnosti měří úhly, nikoliv vzdálenost. Pokud je výška stěžně zadána přesně, bude rozsah správný. Chybné zadání výšky stěžně vede k nesprávnému rozsahu. (Stejný princip používají zeměměřiči, i když mají zjevnou výhodu, že jejich rozsahy jsou založeny na stupnici známé délky, kterou drží pomocník.) V praxi se nejpřesnější dosahy vždy získávaly během cvičení, protože ponorky operovaly proti jednotkám vlastního loďstva a výšky stěžňů byly vždy známy. U nepřátelských válečných a nákladních lodí se často jednalo o určitou míru odhadu, ačkoli v rozpoznávacích knihách se pečlivě uváděly výšky stěžňů, kdykoli byly známy.
Postup při přiblížení
Když ponorka najde cíl, je přiblížení a útok v podstatě cvičením v geometrii. Kapitán musí určit přesný úhel, pod kterým má torpédo vystřelit, aby cíl zasáhlo.
U nehybných objektů je to snadné. Stačí torpédo namířit přímo na cíl, a pokud se bude pohybovat po přímce, zasáhne ho. Problém je samozřejmě v tom, že ani ponorka, ani cíl pravděpodobně nebudou ve skutečnosti stacionární. S vzácnou výjimkou útoků na zakotvená plavidla – Prienův útok na HMS Royal Oak ve Scapa Flow je asi nejznámějším příkladem – se ponorky obvykle setkávají se svými cíli na moři, kde se ponorka i cíl budou téměř jistě pohybovat.
V této situaci nelze střílet na místo, kde se cíl nachází. Místo toho musíte střílet na místo, kde se cíl bude nacházet, až k němu torpédo dorazí.
Přibližování
V tomto grafu začalo přibližování. Ponorka se pohybuje na sever rychlostí 2 uzlů. Cíl se pohybuje přímo na západ rychlostí 6 uzlů a v současné době se nachází východně od dráhy ponorky, na vzdálenost čtyř námořních mil. (Aby se vše vešlo do grafiky, nejsou vzdálenosti a velikosti plavidel v měřítku. Také ponorka je pro názornost zobrazena vynořená – kdyby se to skutečně dělo, byla by ponořená.
Nejprve kapitán zaměří zaměřovací kříž periskopu na střed cíle nebo na bod na jeho trupu, kam chce torpédo zasáhnout, a zavolá: „Bearing“. V okamžiku, kdy má cíl přesně vycentrovaný, pak zavolá: „Označit!“
Přibližovací důstojník odečte azimut z ložiskového kroužku umístěného na hřídeli periskopu. Tento azimut udává relativní úhel od ponorky k cíli. V tomto případě 45°. Pro přehlednost oznamuje přibližovací důstojník azimut takto: „Bearing-zero-four-five“. (Ložiska cíle se vždy udávají jako tři čísla a číslice se vždy uvádějí odděleně. „Nula-čtyři-pět“ je méně pravděpodobné, že bude špatně pochopeno, než „čtyřicet pět stupňů“. To platí zejména proto, že pozorovatelé ohlašují orientace jako „pravobok-čtyři-pět“, přičemž používají dvě číslice a vždy odkazují na stranu lodi, na které se zaměřuje. Některá námořnictva používají při hlášení pozorování „červenou“ pro levobok a „zelenou“ pro pravobok, což jsou barvy navigačních světel na těchto stranách.)
Po určení cílového azimutu se tento zadá do torpédového počítače (TDC). Jedná se o vysoce sofistikovaný elektromechanický analogový počítač. Během druhé světové války se používaly dva základní typy. Ve většině námořnictva byl TDC pouze úhlový řešič, který udával správné nastavení gyroskopu pro torpédo na základě údajů zadaných v době odečtu nebo v daném čase v budoucnosti na základě nejlepšího odhadu kapitána, kde se bude cíl nacházet. Americká verze přidala ukazatel polohy, který byl schopen sledovat kurz cíle v reálném čase. To byl významný pokrok oproti starším systémům a umožnilo to mnohem přesnější řešení cíle tím, že se eliminovala většina odhadů.
TDC bude vždy znát kurz a rychlost ponorky, protože ty jsou neustále aktualizovány z hlavního gyrokompasového a pitometrického záznamu. (Tento deník je mimochodem rychloměr ponorky, nikoli kniha, kterou kapitán používá k zaznamenávání denních událostí). TDC má nyní k dispozici také azimut na cíl, ale stále nemá dostatek informací pro vypracování řešení cíle.
Dálka k cíli
Nyní musí kapitán určit vzdálenost k cíli. Aby to mohl udělat, musí nejprve vědět, co přesně je cíl. Při pohledu do periskopu vidí, že se jedná o velkou nákladní loď. Ponorky mají na palubě rozpoznávací knihy, které obsahují seznam všech nepřátelských válečných a obchodních lodí, o nichž jsou dostupné informace. Při pohledu do této knihy kapitán najde Oyama Maru, 4 750tunovou japonskou nákladní loď, což je zřejmě loď, kterou má v periskopu. Protože je polovina roku 1944 a zuří druhá světová válka, rozhodne se, že je to legitimní cíl, a tak pokračuje v přibližování.
Teď, když zná – nebo se alespoň domnívá, že zná – totožnost cíle, podívá se na výšku stěžně. To je vzdálenost od čáry ponoru k nejvyššímu bodu na lodi. Podle knihy rozpoznávání je to 100 stop. Tento údaj se zadává do stadiometru v periskopu.
Dosah lze také určit pomocí aktivního sonaru při nastavení jednoho pípnutí. Jedná se o jednu ze dvou nejpřesnějších metod, protože nezávisí na znalosti výšky stěžně cíle. Americké ponorky z konce války měly v pátracím periskopu zabudovanou také malou radarovou anténu, která by rovněž poskytla přesný dosah, ovšem s rizikem, že bude vyvrhovat více aerosolu než tenčí útočný periskop.
Tento graf ukazuje, co kapitán vidí přes stadiometr periskopu. Dělený hranol slouží k umístění přízračného obrazu cíle tak, aby se jeho vodoryska nacházela přímo na vrcholu stěžně „pravého“ obrazu. Stadimetr ve skutečnosti zaznamenává úhel nad vodorovnou rovinou ke stěžni, nikoliv vzdálenost. Poté se provede několik základních matematických úkonů, které tento úhel převedou na údaj o vzdálenosti.
Funguje to tak, že při pohledu z určité vzdálenosti bude objekt dané výšky svírat určitý úhel. Pokud například víte, že zorný úhel je 1°, a objekt je vysoký 100 stop, můžete vypočítat, že zorný úhel a vrchol objektu se budou dotýkat pouze ve vzdálenosti jedné námořní míle. Stadimetr to jednoduše spočítá za vás.
Jednou z nevýhod tohoto postupu samozřejmě je, že přesnost je zcela závislá na znalosti správné výšky objektu. (V tomto případě výšky stěžně cíle.) V našem příkladu – ale ne na obrázku, kde je loď podstatně blíže, než by byla ve skutečném zobrazení – se ukazuje, že výška stěžně je 1/4° nad horizontálou. Podle vzorce R=h/tan(q) to znamená, že cíl je od ponorky vzdálen čtyři námořní míle. Stadimetr to provádí interně, aniž by to kapitán nebo přibližovací důstojník museli počítat, a ukazuje, že cíl je vzdálen 8 100 yardů.
Tento údaj se odečítá z číselníku na základně periskopu a zadává se do TDC, což poskytuje další část řešení.
Úhel na přídi
Pro vypracování řešení střelby potřebuje kapitán znát také úhel na přídi pro cíl. To není totéž co směr na cíl, navzdory tomu, co si možná myslíte z některých filmů a románů. Cílový azimut říká, kde se cíl nachází ve vztahu k ponorce. Úhel na přídi vám říká, kde se nacházíte z pohledu – v což samozřejmě doufáte – cíle.
V našem příkladu, kdy cíl prochází z východu na západ přímo přes příď ponorky, je úhel na přídi levobok 90°. To znamená, že levá (levá) strana cíle je směrem k ponorce a svírá s jejím kurzem úhel 90°. Pokud by se cíl blížil přímo k ponorce, úhel na přídi by byl nulový. Pokud by se cíl přímo vzdaloval, úhel na přídi by byl 180°. Pokud by cíl směřoval na jihozápad, úhel na přídi by byl 45° vlevo atd.
Rychlost cíle
Posledním potřebným faktorem je rychlost cíle. Existuje několik metod, jak ji získat, i když žádnou nelze označit za stoprocentně přesnou.
První je pozorování periskopem. Optika periskopu je označena ve stupních ve vertikální i horizontální ose. Pokud je známa vzdálenost k cíli, je možné určit rychlost měřením času, který uplyne, než urazí daný počet stupňů. Problémem této metody je samozřejmě to, že je závislá na přesné vzdálenosti, protože měříte dobu, za kterou cíl urazí známý počet stupňů, a také to znamená, že při ní odhalíte periskop, což je potenciálně nebezpečné, pokud ho nepřítel spatří. (Japonské obchodní lodě měly nejen palubní děla, často s obsluhou děl, která skutečně věděla, co dělá, ale také hlubinné pumy, a neváhaly je použít.“
Druhé, obecné znalosti. Je známo, že některé typy plavidel se běžně pohybují určitou rychlostí. Obvykle se jedná o nejekonomičtější cestovní rychlost. Protože však kapitán cíle může spěchat nebo se může pohybovat pomaleji než obvykle, bude to zpravidla nejméně přesná metoda určení rychlosti. Zkušený kapitán může často poměrně přesně odhadnout rychlost cíle podle vzhledu příďové vlny. (Jedním z účelů maskovacích vzorů válečných lodí je ztížit nepříteli možnost jasně vidět příďovou vlnu.)
Zatřetí, počítání otáček. Operátor sonaru může poslouchat zvuk lodních šroubů cíle a určit počet otáček za minutu. Pokud kapitán ponorky zná stoupání (vzdálenost ujetou za jednu otáčku) vrtulí cíle, může poměrně přesně odhadnout rychlost. Například šroub se stoupáním 24 stop by měl na každou otáčku posunout loď o 24 stop dopředu. Sto otáček za minutu by tedy mělo loď posunout vpřed o 2400 stop, tedy o 800 yardů. To by znamenalo přibližnou uraženou vzdálenost 1 námořní míle (2 025 yardů) za 2 1/2 minuty nebo rychlost přibližně 23,7 uzlu. Taková rychlost by obecně znamenala velkou válečnou nebo linkovou loď. Nákladní lodě byly obvykle pomalejší a nejrychlejší z nich měly rychlost omezenou na 16 uzlů. (Hlavním faktorem byla úspora paliva – rychlé lodě spotřebují hodně paliva, takže vysoká rychlost se většinou vyskytovala na osobních lodích, kde si linka mohla připlatit za rychlou plavbu, na specializovaných nákladních lodích, jako byly banánové lodě, které musely doručit svůj náklad, než se zkazí, a na válečných lodích, kde náklady nehrály hlavní roli. V každém případě, pokud je známa rozteč šroubů a přesný počet, lze z toho poměrně dobře odhadnout rychlost. Také lodní šrouby zdaleka nemají stoprocentní účinnost – jediná plavidla, která to zvládají, jsou ponorky ve značné hloubce, kde velký tlak moře potlačuje vlnobití a kavitaci.“
Po určení rychlosti cíle se tato rychlost rovněž zadá do TDC. V tomto okamžiku všichni několik minut vyčkají a poté provedou další pozorování. Pokud byly všechny údaje správné, cíl se bude nacházet v místě, které předpovídá hlídač polohy TDC. Pokud tomu tak není, provedou se další pozorování a do TDC se zadají korekce. Několik pozorování po dobu 10 až 15 minut by mělo chybu odstranit – nebo ji alespoň snížit na úroveň, kdy je pravděpodobnější zásah než netrefení.
Když TDC vypracuje tato řešení, úhly gyroskopů, které generuje, se automaticky naprogramují do torpéd. Gyroskopické navádění umožňuje nastavit torpédo tak, aby se pohybovalo určitým směrem, místo aby bylo nutné zaměřit ponorku na místo, kam kapitán chce, aby torpédo letělo, což bylo nutné u dřívějších konstrukcí torpéd, která se mohla pohybovat pouze po přímce.
Když toto vše probíhá, nastaví se také hloubka dráhy torpéda. Pro tento konkrétní cíl, který má ponor 38 stop, je torpédo nastaveno na hloubku 25 stop, takže exploduje hluboko pod čarou ponoru. Pokud by se použila magnetická vlivová roznětka – což by se v této pozdní fázi druhé světové války nestalo, protože v té době už i Úřad pro výzbroj konečně uznal, že jsou v polních podmínkách nespolehlivé – nastaví se hloubka chodu na 43 stop, takže hlavice vybuchne přímo pod kýlem, kde způsobí největší škody.
Tento graf zobrazuje ponorku a cíl v okamžiku, kdy je vypracováno řešení a kapitán je připraven odpálit torpédo. (Ve skutečné praxi by pravděpodobně vypálil nejméně dvě.) Cíl je nyní mrtvý před ponorkou, ve vzdálenosti 1400 metrů. Při rychlosti 46 uzlů bude torpédu Mark 14 trvat urazit tuto vzdálenost jednu minutu. Za tuto minutu se loď posune dopředu o jednu desetinu námořní míle, tedy asi o 200 yardů.
Jinými slovy, pokud je torpédo vypáleno přímo před sebe, cíl už tam v okamžiku příletu torpéda nebude a torpédo proletí za ním. Výpočty TDC to berou v úvahu a nastavují torpédo na relativní kurz 350°. To znamená, že torpédo letí pod úhlem, takže jeho relativní směr k cíli zůstává konstantní. Jakékoli dva objekty, které udržují konstantní směr v situaci křížení, do sebe nakonec narazí. Tím, že torpédo „vede“ cíl, mělo by zasáhnout blízko středu cíle a mít dobrou šanci na jeho potopení.
Po odpálení torpéd může ponorka zůstat v okolí a pozorovat výsledek. Nebo, pokud jsou u cíle doprovodná plavidla, může být rozumnější pokusit se vyklouznout a poslouchat případné zásahy na hydrofonech. Druhá možnost má tu nevýhodu, že ztěžuje potvrzení potopení, ale má také tu výhodu, že je pravděpodobnější, že ponorka přežije, aby si připsala zásluhy.