它与一般钻机相同，由钻架、钻杆、钻头和动力装置构成。常见有三种钻探方式：①将钻机沉放到浅海底，由母船上人工遥控操作；②将钻探设备安装在潜水器上，由母船或潜水器上遥控操作；③潜水员在海底直接操作钻机采取岩芯。世界各沿海国家普遍使用这种浅钻进行大陆架地质测绘和深海大洋底对矿产资源进行勘查和取样。

2011年，中国大洋第22航次“大洋一号”在东沙海域1740米海底，使用中深钻孔岩芯取样机，钻获15.7米的纪录。2013年，中国大洋第29航次“海洋六号”使用深海全液压浅层岩芯取样钻机进行“深海浅钻”，从1000余米的水下某平顶山钻获一段长28厘米的结壳岩芯样品，在9个站位钻获富钴结壳样品厚度普遍超过8厘米。2014年3月，中国大洋第30航次在西南印度洋中脊多金属硫化物合同区，使用海底中深钻“进取者”首次在硫化物区钻探作业，成功钻取硫化物、碳酸盐和下覆基岩（作业水深4000米，适应于海底硬岩，钻进深度可达20米，最大取芯直径50毫米）。

2015年6月14日，由湖南科技大学海洋矿产资源探采装备与技术工程实验室主任万步炎带领的团队，自主研发的首台重型装备海底60米多用途钻机“海牛”号，在南海深海域海试成功。实现了在水深超过3000米的深海海底对海床进行60m钻探。拥有超过50米的深海钻孔深度的装备，就拥有国际先进的深海钻探能力。“海牛”号直径10米、重8.3吨、配备24根钻杆（每根长2.5米），钻进中接卸钻杆速度很快，约3分钟。钻头由金刚石和硬质合金制成，分为3种类型：一种专门针对硬岩地层，一种针对沉积岩软岩地层，还有一种是根据需要全面钻进不取（岩）芯的钻头。具有五大特点：①整机自动控制水平高；②整机重量小于国际上的10吨；③可原位探测岩石的电阻率、孔隙率，以及给孔内周边岩石拍照，不仅可钻硬岩，还可以用来钻取稀软的沉积物；④拥有“绳索取芯”关键技术，打60米孔以往需要4～5天，现可缩短为20多小时，效率高；⑤价格比进口设备降低一半甚至2/3。中国拥有的“海牛”号，使中国成为继美国、德国、澳大利亚后第4个掌握海底重型钻探设备研发技术的国家。