Le ludion descend et monte dans l'eau en fonction des changements d'équilibre entre le poids et la poussée de l'eau.

Flottabilité
Le poids d'un objet l'entraîne vers la terre ; mais si l'objet est placé dans un liquide, une force appelée « flottabilité » ou « poussée d'Archimède » agit dans le sens contraire. Cette poussée d'Archimède est égale au poids du liquide déplacé par l'objet.

Similitudes avec la plongée sous-marine par Jonathan Dunlop Les plongeurs ajoutent généralement des masses en plomb à une ceinture qu'ils portent autour de la taille, jusqu'à ce qu'ils soient à la limite de la flottaison (ce qui revient à ajouter de la pâte à modeler au ludion). Ma ceinture de plomb pèse 11 kg lorsque je plonge en mer. Toutefois, lorsque je plonge en eau douce, 9 kg suffisent. L'eau douce ne porte pas aussi bien que l'eau salée et il faut donc moins de poids pour compenser la poussée d'Archimède. Les plongeurs portent généralement un gilet stabilisateur comportant une poche souple destinée à contenir de l'air. La poche peut être gonflée avec de l'air comprimé provenant de la bouteille qu'ils portent sur le dos, ou dégonflée en laissant les bulles s'échapper dans l'eau. Le plongeur peut, par conséquent, adapter sa flottabilité et choisir de remonter, de descendre ou de rester à une certaine profondeur, comme le ludion. Les plongeurs doivent pouvoir contrôler leur flottabilité de façon très précise pour ne pas heurter le fond marin. Un choc pourrait provoquer des nuages de sable ou de vase et gêner la visibilité ou endommager, par exemple, des fonds coralliens.

Si le ludion est correctement fabriqué, seule une petite partie doit flotter au-dessus de l'eau. La partie qui se trouve sous l'eau, contenant l'air emprisonné, déplace suffisamment d'eau pour créer une poussée exactement égale au poids du ludion.

Compression
Si vous prenez une pompe à vélo et que vous bloquez l'extrémité de celle-ci avec votre doigt, vous pouvez actionner la pompe et comprimer l'air qui se trouve à l'intérieur pour qu'il occupe un volume plus petit. Plus vous accentuez la pression, plus l'air est comprimé. Si vous arrêtez de pomper, l'air se dilate et revient à son volume initial.

Si vous remplissez la pompe avec de l'eau, il est impossible d'actionner la pompe et de réduire le volume de l'eau, car les liquides sont incompressibles.

Le fait de comprimer les côtés de la bouteille pousse l'eau vers l'intérieur, mais ne la comprime pas. L'eau pousse l'air emprisonné dans le ludion qui, lui, se comprime. Si le capuchon de stylo ou le compte-gouttes était transparent, vous pourriez voir le niveau d'eau changer à l'intérieur.

Lorsque l'air emprisonné dans le ludion est comprimé, son volume diminue. Le ludion et l'air emprisonné déplacent alors moins d'eau. Par conséquent, la poussée exercée vers le haut est réduite. Et lorsque la poussée devient inférieure au poids du ludion, celui-ci coule.

Si vous relâchez la bouteille, la pression de l'eau initiale est rétablie. L'air emprisonné dans le ludion se dilate jusqu'à retrouver son volume initial, et déplace alors davantage d'eau. Cette quantité d'eau supplémentaire déplacée a pour effet d'amplifier la poussée d'Archimède. Et lorsque la poussée redevient supérieure au poids du ludion, celui-ci remonte vers la surface. Une fois à la surface, le ludion flotte à un niveau suffisamment haut pour que la poussée contrebalance son poids.