穿甲弹是专门用来对付装甲军舰的弹种，因此它的弹壁厚实、结构强度极高，弹头多为钝卵形设计，核心作用就是击穿军舰的厚重装甲。理论上来说，穿甲弹可以在击穿日舰的装甲后在舰体内部爆炸，毁伤效果远大于榴弹，是当时海战反装甲作战的首选弹种。
然而19世纪80年代以前，弹底引信技术尚未成熟，早期的爆炸穿甲弹大多没有独立引信，依靠惯性原理实现引爆。具体机制是：炮弹发射后，弹体空腔内装填的松散黑火药，会因膛内巨大的加速度被压缩到弹体底部；当炮弹命中目标时，弹体速度骤然下降，此时被压在底部的黑火药会因惯性向前高速撞击空腔的前壁，通过摩擦产生的高温引燃，最终实现引爆。
这种引爆机制极其原始，可靠性极差。尽管当时的设计者采取了增加空腔内部粗糙程度等优化措施，依然无法保证黑火药每次都能被成功引燃，炮弹的瞎火率居高不下，作战效果完全看概率。
“定远”级铁甲舰在黄海海战时所用的穿甲弹，就是这一时期的典型产品。由于日本海军参战的主力舰大多是无水线装甲带的防护巡洋舰，击中日舰的穿甲弹经常没有爆炸，直接穿透舰体落入海中，破坏力非常有限。
也正因爆炸穿甲弹的可靠性缺陷，加上实心穿甲弹本身就是各国海军的制式反装甲弹药，当时的海军会同时列装两种穿甲弹：一种是带黑火药装药的爆炸穿甲弹，另一种是不装填炸药、完全依靠动能毁伤目标的实心穿甲弹。实心弹的空腔仅用于配重，正规制式弹会采用铅、铁砂等高密度惰性材料填充，部分训练弹为降低成本，会用沙子替代配重材料。
和装填黑火药的爆炸穿甲弹相比，实心弹有两个突出优势：一是生产成本低廉，非常适合日常实弹训练；二是无空腔的实心弹体结构强度更高，撞击装甲时不易碎裂变形，穿甲能力反而优于同规格的爆炸穿甲弹。当然，实心弹的整体毁伤能力远不如能在舰内爆炸的爆破弹，它的杀伤主要来自击穿装甲时产生的次生破片，以及弹体本身对设备、人员的直接撞击，除非命中弹药库、锅炉等核心舱室，否则很难让敌舰失去战斗力。
当时世界各国的海军，都会为战舰配备一定数量的实心穿甲弹，专门用于对付对方的铁甲舰，北洋水师自然也不例外，将这种炮弹列为定远、镇远等主力舰的制式主炮弹药。
所以甲午海战中，所谓“北洋水师装填沙子的炮弹”，本质是对实心穿甲弹的误读：作战用的实心穿甲弹本身就是不装炸药的制式装备，绝非伪劣产品；而真正填充沙子的炮弹，仅为训练用途的非作战弹。