水上飛機的基本原理和正常飛機一樣，只不過是普通飛機在陸地使用輪子助跑，水上飛機則採用浮筒或特殊機身而已。

水上飛機在佈局上，一般可分為船身式或浮筒式兩大類，前者是將機身下部設計成船底形狀，後者是在機身或機翼下安裝1～3個舟形浮筒。有了船身和浮筒的支撐，水機才能在水面順利起降。不同的水機，其船身和浮筒大小不同，安裝位置與安裝數量也不同。 船身式水機常常會帶上2個小浮筒，以增加在水面上的橫向平衡能力。也有一些水上飛機為了達到同時能在陸地機場起降的目的，還加裝了常規飛機才有的起落架，它們被稱為“兩棲飛機”。

主要原理是根據伯努利方程，當水上飛機停泊在水上時，寬大船體所產生的浮力，就會使飛機浮在水面上並且不會下沉。起飛時，飛機發動機產生的拉力，以相當快的速度在水面上滑跑，利用機翼上下面拱度不同的平面，在向前運動時產生向上的抬升力（抬升力與運動速度有關，水平運動速度越快，抬升力越大），機翼上產生的升力慢慢克服了飛機的重力，從而把飛機從水面上逐漸托起來，所以飛機加速到一定的程度，就能飛起來。