[1] La botella, más precisamente un cilindro de metal o plástico, se hace descender en el mar mediante un cable, y cuando ha alcanzado la profundidad deseada, un peso de metal llamado "mensajero" se deja caer por el cable.
Cuando el peso llega a la botella, el impacto vuelca la botella y hace saltar una válvula de muelle en el extremo, atrapando la muestra de agua en su interior.
La botella y la muestra se recuperan entonces tirando del cable.
[2] La temperatura del mar a la profundidad de la muestra se registra mediante un termómetro de inversión fijado a la botella Nansen.
Puesto que la presión del agua en la profundidad comprime las paredes del termómetro y afecta a la temperatura indicada, el termómetro está protegido mediante un envoltorio rígido.