Alguma forma de mergulho é praticado por cerca de 75% dos visitantes de Fernando de Noronha. É bom sempre tomar algumas precauções de segurança, como checar o equipamento, não mergulhar sozinho e conhecer o sistema de correntes do Arquipélago, que se movem na direção nordeste-sudoeste.
O que faz com que Fernando de Noronha seja um dos melhores locais de mergulho do mundo não é só a beleza da paisagem submarina, nem a abundância de animais marinhos e muito menos a diversidade da fauna. O que distingui o Arquipélago é a comodidade de se conhecer o mundo subaquático com água pela cintura ou em mergulhos de 100 metros de profundidade e a grande facilidade de se observar lagostas, polvos, cardumes de peixes, tubarões e tartarugas.
Fernando de Noronha é bom em qualquer época do ano para as duas modalidades de mergulho mais comuns: mergulho livre e autônomo. Se o visitante não levar seu equipamento de mergulho, ele terá várias opções de aluguel na Ilha, da máscara ao regulador.
O mergulho livre é dividido em três modalidades: snorkeling (natação com equipamento), apnéia e rebocado. Para realização do mergulho livre é necessário o seguinte equipamento básico: máscara de mergulho, respirador (snorkel) e nadadeiras. No Mar de Dentro, que tem melhores condições de mergulho de julho a dezembro, os melhores pontos são: naufrágio do Porto, lado direito da Praia da Conceição, Laje do Boldró e lado direito da Baía do Sancho. No Mar de Fora, os melhores pontos de mergulho são: Baía do Sueste, Praia do Leão e Enseada da Caieira.
Cerca de 40% dos turistas que visitam Fernando de Noronha realizam mergulho autônomo em uma das cinco operadoras, que oferecem serviços de batismo, mergulho para credenciado, mergulho técnico e cursos. Há operações de mergulhos autônomos realizadas a partir de barcos em pontos já definidos e que normalmente são escolhidos em função das condições do mar, e a partir de a areia, na Baía de Santo Antônio. Os melhores pontos de mergulho autônomo estão no Mar de Fora: Pedras Secas, Iúias e Cabeço do Submarino, onde as condições de mar são melhores de março a maio. No Mar de Dentro, os melhores locais são a Caverna e o Cabeço da Sapata e o Pontal do Norte. As encostas das Ilhas do Meio e Rata são mais utilizadas para o batismo.