thumb|upright=1.2| Chasseur sous-marin en apnée, équipé d'une arbalète à sandow, chassant au large des côtes japonaises les grands poissons pélagiques (thon).
La pêche sous-marine ou pêche en plongée, aussi appelée chasse sous-marine (CSM), est une forme de pêche réalisée en plongée, qui consiste à capturer sous l'eau certains poissons et mollusques ainsi qu'à prélever des algues, oursins, crustacés, éponges et perles.
La pratique fait l'objet, selon les pays, de réglementations plus ou moins strictes pouvant aller jusqu'à l'interdiction. Rarement autorisée en scaphandre, cette pêche est typiquement pratiquée en apnée (en retenant sa respiration), en bord de mer et jusqu'à des profondeurs de , avec une arbalète à élastique et un équipement de plongée (masque, tuba, palmes...). Sa pratique est donc soumise aux contraintes spécifiques à la plongée libre et met en œuvre différentes techniques propres à cette dernière.
vignette|gauche|Les Hawaïens utilisaient traditionnellement une pointe à trois dents pour faire sortir les poulpes de leur cachette.
Depuis l'Antiquité jusqu'à notre époque, dans différentes régions du monde, des pêcheurs pratiquaient l'apnée pour récolter sous l'eau des crustacés, des éponges de mer, des coquillages ou du corail. Le prélèvement systématique de coquillages est attesté dans l'Ancien Empire égyptien (3000 ans avant notre ère) ou en Chine 2000 ans avant notre ère. Les pêcheurs plongeaient avec une grosse pierre pour lest et remontaient en nageant ; ces techniques étaient encore pratiquées dans les années 1970 par les Ama (Japon) qui récoltaient ainsi des perles ou les Haenyo (Corée) qui récoltaient des ormeaux et conques.
La pratique est néanmoins très dangereuse et les plongeurs souffrent de traumatismes et maladies dues à la pression : notamment les problèmes d'oreille, déjà mentionnés par Aristote. Les techniques d'équilibrage des tympans ne seront pas utilisées par les plongeurs avant le .
Des pêcheurs utilisaient des flèches (arc), des foënes ou des harpons pour attraper du poisson depuis le bord de l'eau (pêche à pied) ou depuis des bateaux.