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关于与“潜艇”标题相近或相同的条目页，请见“潜艇 (消歧义)”。潜水艇（台湾作潜水艇／潜水舰），简称潜艇（台湾作潜艇／潜舰[注 1]），是能够在水下运行的舰艇[1]。潜艇的种类繁多，形制各异，小到全自动或一两人操作、作业时间数小时的小型民用潜水探测器，大至可装载数百人、连续潜航3-6个月的俄罗斯台风级核潜艇。按体积可分为大型（主要为军用）、中型或小型（袖珍潜艇、潜水器）和水下自动机械装置等。由于潜伏于海中而难以探测的特性，潜艇也是较早期就有的匿踪载具。
大型潜艇多为圆柱形，船中部通常设立一个垂直结构（帆罩），早期称为“指挥塔”，帆罩多具有平直的矩形截面，早期多为阶梯形，内有通讯、感应器、潜望镜和控制设备等。[2]
自第一次世界大战后，潜艇得到广泛运用，担任许多大国海军的重要装备，其功能包括攻击敌人军舰或潜艇、近岸保护、突破封锁、侦察和掩饰特种部队行动等。潜艇也常用于非军事用途，如海洋科学研究、抢救财物、勘探开采、科学侦测、维护设备、搜索援救、海底电缆维修、毒品走私、水下旅游观光、学术调查等，超级富豪甚至运用潜艇作为海下移动豪宅。
多数潜艇被认为是一种战略武器（尤其是中大型的弹道飞弹潜艇与巡弋飞弹潜艇），在裁军或扩军谈判中有举足轻重的地位。研发潜艇需要高度和全面的工业能力，目前只有少数国家能够自行设计和生产军用级潜艇。
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潜艇最早可追溯到15－16世纪的李奥纳多·达芬奇。据说他曾构思“可以水下航行的船”，但这种能力向来被视为“邪恶的”，所以他没有画出设计图。直至一战前夕，潜艇仍被当成“非绅士风度”的武器，其被俘艇员可能被以海盗论处[3]。
16世纪，真实意义的潜艇出现。1578年，英国数学家威廉·伯恩著书《发明与设计》描述潜艇。1620年，首艘有文字纪载的“可以潜水的船只”（submerible vehicles）由荷兰裔英国人克尼利厄斯·雅布斯纵·戴博尔建成，主要即依据前者的设计，推进力由人力操作的橹产生。但有人认为那只是“缚在水面船只下方的一个铃铛状东西”，根本不能算潜艇，它有两种改良型于1620年和1624年在泰晤士河上进行了实验。2002年，英国广播公司播出的电视节目“Building the Impossible”[4]中，马可‧爱德华兹公司根据当年的设计图建成了一艘可搭载两人的戴博尔型潜艇，并成功潜航于伊顿的多尼湖。
“可潜水船只”能够探索水下世界，但其军事价值很快就被发掘。1648年，切斯特主教约翰·维尔金斯著书《数学魔法》（Mathematical Magic）指出潜艇在军事战略上的优势：
- 私密性：前往世界任何海岸附近，并且不被发现或被制。
- 安全性：海盗和劫匪无法抢劫水下船只；无常潮汐和强烈风雨无法影响海面下25-30英尺（5-6 paces[5]）；冰和霜冻也无法危及潜艇乘员，即便在南北极海域。
- 有效抵抗敌人海军，破坏和击沉水面船只。
- 支援被水环绕或接近水的地方，无声无息运送补给品。
- 本身作为有益的水下试验场所。
史上第一艘用于军事的潜艇出现于美国独立战争。美国耶鲁大学的大卫·布希奈尔建成海龟号，内部仅容纳一人操作方向舵和螺旋桨。1776年，海龟号企图攻击英国皇家海军老鹰号（HMS Eagle），但失败。史上第一艘成功炸沉敌舰的潜艇在美国南北战争。何瑞斯·劳昇·汉利建成汉利号潜艇，乘员八人，手摇柄驱动。其前端外伸一个炸药包，碰触敌舰即爆炸。1864年2月17日晚上9时许，它成功炸沉北方联邦的豪萨托尼克号（USS Housatonic）护卫舰，但自己却也因爆炸产生的漩涡而沉没。
此前的1863年，法国首先以储放压缩空气的方式取代人力，建成第一艘非人力驱动潜艇“潜水者号”[6]。1879年，英国牧师乔治·加勒特建成“复活号”，长约15米，中间圆柱形，两端圆锥形。其航行水面用蒸汽推进，潜水用锅炉中的剩余蒸汽，是第一艘热机驱动的潜艇。
19世纪80年代，潜艇技术日益进步，各国逐渐认识其重要性。美国、英国、法国、瑞典、义大利、德国和俄国等都热衷于研发。1878年，英裔美国人约翰·菲利普·霍兰投入此项工作。1900年4月，美国政府购买其研制的潜艇霍兰号，并编入美国海军。从此，潜艇正式成为一种海军舰艇。1898年，法国人马克西姆·劳伯夫首创以双壳体结构建成“一角鲸号”，储存压舱水在两层船壳之间，优点是浮力大增。这后来成为苏俄潜艇的一种类型[7]。
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第一次世界大战期间，潜艇的活动范围从近岸发展到远洋。英国和德国的潜艇战略不同。英国主要用以封锁敌方港口，但受限于技术而并未成功。德国则进行无限制潜艇战，企图通过破坏压制英国海运路线再逼之谈和。但英国不断改善护航措施，以及美国驱逐舰大量加入护航，德国潜艇于战争后期即很难得手，承受严重损失而失败。
1850年，德国开始建造潜艇，由其发明家威尔亨·鲍尔（Wilhelm Bauer）主持（1822年12月23日生，1875年6月20日卒）。1890年，诺登费尔特设计W1与W2潜艇。1904年，基尔的克鲁勃造船厂建成并售予俄罗斯。1905年，德国建成自己的“卡普号”（"Karp"），此乃是U-1级潜艇。它是双壳体结构，动力为科庭式煤油引擎，仅有一具鱼雷发射管。下一艘为U-2级，体积已大了一半，发射管两具。1912年、1913年间，柴油引擎开始装在U-19级。一战开打时，德国共有潜艇13级48艘，当中29艘服役，其馀建造中。
1914年9月，德国潜艇伏击英国补给舰队于航往奥斯滕德港途中。1914年9月22日，著名的奥托·魏迪根（Otto Weddigen）舰长指挥一艘U-9在一小时内，以仅有的六枚鱼雷击沉三艘克雷西级装甲巡洋舰（排水量在12000吨左右）——克雷西号（HMS Cressy）、阿布基尔号（HMS Aboukir）和霍格号（HMS Hogue）。英国损失战舰达36000吨，水兵1459人。23天后，他再击沉爱德加级（Edgar-class）巡洋舰老鹰号（HMS Hawke），排水量7770吨。
一战的四年间，德国U型潜艇共击沉协约国船舰数百万吨，战绩十分惊人[8]。
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凡尔赛条约制定了威玛国家海军的吨位总上限与持有舰种限制，潜舰在凡尔赛条约的不允许持有清单中。德国为了保存船舰设计知识，在荷兰开设了掩护机构－船舶建设工程局，为国外继续设计凡尔赛条约所不允许设计的舰艇。第一次世界大战的潜舰战经验也被完整传承，优秀的海军军官也持续改良潜舰战术，这让纳粹德国海军在第二次世界大战爆发前不只有一批潜舰，还有一群熟习潜舰作战的人材库。这使后来纳粹德国海军得以扩张成大规模、高水准的潜舰部队。纳粹德国撕毁凡尔赛条约，扩建海军的Z计划是从1935年才定案启动，无法在短时间创建出一支和英国皇家海军全面对抗还可取胜的大型海军，Z计画也规划了潜舰量产，因此潜舰重新回到德国造船厂的预定生产清单中，从1935年后进入纳粹海军战斗序列。德国在1939年开战后，支持大型水面舰计画的埃里希·雷德尔策画的几项重要海军作战被英国击败，希特勒因此更加重视长期耕耘潜舰部队的卡尔·邓尼茨与他的潜舰部队。二战结束前，德国共建成1150多艘潜艇[9]。
第二次世界大战期间，德国企图采用潜艇切断盟军的远洋补给，主要目标是英国的大西洋补给线。它供应英国本土食物、工业品，和美国与加拿大来的资源和武器，攸关著英国生死。然而，德国虽然创新了潜艇科技和战术，但随着战事发展和美国介入，其在战争中后期却已力不从心。德国海军运用长程无线电与本土单位传输指令、恩尼格玛密码机保障传输难以被盟军解读，和狼群战术，让潜艇变成杀伤力空前的武器。U潜艇先部署于某些海域搜寻敌方运输队，发现时不立即攻击，而是通报其他潜艇聚拢，再如同“狼群”一般的围攻，且基本于夜间进行。通常，运输队无法抵挡，尤其规模不很大者。1939年到1943年间，德国U潜艇的狼群战术空前成功，击沉美运英运输船只总吨位超过800万吨，让当时英国首相邱吉尔在自传回忆录承认，英国当时曾考虑向德国投降，但因为种种原因没获得战略性的成功，英国除了开发出空中巡逻反潜战术，增强水面运输舰队的护航，破解德国无线电加密技术，新科技发展，盟军猎杀德国潜舰的成功率也逐渐增加。1943年春，U潜艇的建造能量达到顶点，但相比于盟军护航舰只越来越多、航空部队投入护航，和侦查搜索科技进步（如雷达和声纳），德国潜艇部队逐渐日薄西山，但直到德国战败前仍然被盟军视为重大挑战。
盟军开发高频定向仪并破解恩尼格玛密码机，其运输船团因此能早些察知U潜艇，且在其集结之前先予打击。加上海上长程巡逻机与护航航空母舰大举量产，使盟军对抗潜舰不只可被动护卫，还有足够战力转型至主动猎杀，续航力远低于反潜机航程的德国潜艇自此受到毁灭性的打击。1943年3月到7月，德国损失U潜艇超过130艘，单单5月即41艘。同时期，盟军的损失从3月的75万吨，减少到7月的18.8万吨。盟军因此能够发起随后的火炬行动、爱斯基摩行动和诺曼底登陆[10]。
第二次世界大战中，德军潜艇损失807艘，击沉盟军商船与战斗舰只2882艘，共达1440万吨。重创者有264艘[9]。但1945年5月初，德国二战继希特勒后，向盟国献降的德国总统邓尼兹，原是二战时德军建战功最大的潜水舰上将司令
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日本于1907年开始自主设计、并计划建造潜艇[11]。而在第一次世界大战后，因战胜国的身份从德国取得了七艘U型潜艇，并吸收其技术，开始打造出实质可用于作战的潜舰。1929年于台湾基隆自主生产第一艘有人潜艇西村式潜水艇[12]，大正时代日本潜艇发展迅速。因华盛顿海军条约与战术指导，日本潜艇走上吨位大型化的方向（舰队型潜舰）。在第二次世界大战开战前，日本海军已拥有相当威力及种类广泛的潜艇。
相对于德国的潜舰是对抗无抵抗力的勤务舰艇或是货运船只，日本的潜舰设计被它们的海军战略给指导，更强调在太平洋上与水面舰队偕同运用，搜索，击沉敌军军舰。也由于目标是敌国军舰，因此日本在二战前开发了各式各样类型的潜舰去支援潜舰战术。随常规潜艇之外，更包括运输潜艇（如伊三六一型潜水舰及波一〇一型潜水舰）；水上飞机补给潜艇（伊号第三五一潜水舰）；微型潜艇（如甲标的）及人操鱼雷（回天）。其中比较特别的是航空潜舰“伊四百型潜舰”，这种潜艇携带3架晴岚攻击机，可以隐密地移动到目标（当时设计的目标为巴拿马运河的闸门）附近，然后上浮放出飞机起飞轰炸。还有一点值得关注的则是日本潜艇用的九五式鱼雷（九三式氧气鱼雷衍生型）可以算得上是二战时期最先进的潜艇用鱼雷。
然而，日本潜艇的战绩却并不如意。日本的潜艇战术主要是对抗战斗舰只而不是商船。比较而言，战斗舰只防御力量强，航速快而且更适航，由此也造成了日本潜艇战绩不佳的原因。但整个战争中日本潜艇仍有建树，1942年，日本潜艇击沉了2艘盟军航空母舰。战争后期，日本潜艇除了战斗之外，也开始进行一些岛屿间的物品运输工作。除了战斗任务之外，战略上日本潜艇曾开往纳粹德国与轴心国间进行技术交流。
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太平洋战场上，美军潜艇部队可谓战果辉煌。估计太平洋战场上潜艇部队只占了全部海军人员的2%，却一共击沉了全部日军损失船只的51%。其中最大的胜利还包括了由“射水鱼”号潜艇创下的潜艇击沉单舰最大吨位纪录——日本航空母舰“信浓”[13]。而面对这一切，日本直到战争晚期才开始为商船提供护航，这也使得美国潜艇的攻击屡屡得手。
相比于日本拥有当时世界上性能最好的潜艇用鱼雷，美国使用的可以说是当时最差的鱼雷——马克14型（Mark 14）鱼雷，发射深度要求为10英尺，鱼雷首部为Mk VI爆炸弹头（一种以Mk V为基本，加装磁力引爆装置的爆炸装置）。这种鱼雷非常不可靠，主要问题有鱼雷运行过深（比应该运行的轨道深10英寸），磁性引爆器提前引爆[14]，鱼雷弹头哑火，以及更可怕的是发射之后有可能出现“回马枪”——鱼雷掉头转向自己游来[15]。
其中深度控制器直到1942年8月才得到改进，但通过测试则已经是1943年中旬，1943年9月列装部队，水面部队的马克14鱼雷则到1943年末才被改进。而随后尝试取代马克14而给潜艇列装的电动鱼雷马克18仍然出现了“回马枪”事故，整个二战时期，美国潜艇因这两种鱼雷“回马枪”问题造成了美国海军的刺尾鲷号（被马克18击沉）和湖白鲑号（被马克14击沉）沉没[16]。
二战期间，314艘潜艇服役于美国海军，其中111艘于1941年12月7日前服役，203艘猫鲨级，巴劳鱵级和丁鱥级则是在战争期间投入服役的。战争中52艘3505人阵亡于战火之中，这是美国二战期间阵亡率最高的部队。同时，美国潜艇击沉了1560艘敌舰，总共530万吨，其中还包括8艘航空母舰在内的200多艘的战船。[17]
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与一战相似，英国皇家海军的潜艇在二战中仍扮演着封锁港口和保护己方港口的角色。所以英国潜艇与德国潜艇不同，他们大多运作于英伦三岛、德国、挪威、以及地中海浅海区域。
二战中英国潜艇击沉了2百万吨级的敌国舰艇，其中包括57艘敌国军舰。英国则损失了74艘潜艇，其中一半可能是被水雷击沉的。[18]战争中英国潜艇创下了一件铭记史册的事件——英国潜艇冒险者号击沉2艘德国潜行潜艇，这是全世界第一次潜行潜艇击沉潜行潜艇的案例。冒险号的艇员成功的计算出了攻击目标的三度空间资料并计算出了应该处于的开火位置，这些算法也成为了日后现代潜艇电脑和现代化鱼雷系统的计算原理。
20世纪50年代开始，随着核动力技术的发展，核动力化的潜艇逐渐开始替代传统的柴电动力潜艇，而氧气也可以通过设备电解海水补充。这两项革新使得潜艇的潜航续航力从仅仅几小时增加到了数周乃至数月。同时伴随材料学和焊接技术的进步，使得以前从不敢想的海下航行得以实现。1954年，美国也使全世界第一艘核动力潜艇鹦鹉螺号下水服役，1958年该艇成为世界第一艘抵达了北极点和北极冰盖的潜艇；1960年，美国核潜艇海神号（USS Triton）完成了环球潜航[19]。对于现代潜艇来说，动力燃料和氧气不再是限制条件，最大的限制条件变成了舰艇提供的食物和淡水限制以及封闭空间对于艇员的心理影响。
潜艇作为武器性质性改变则发生在1959年和1960年。苏联弹道导弹潜艇H级和美国弹道导弹潜艇乔治·华盛顿级先后服役参与战略值班。自此之后由潜艇为主力的“第二次核反击力量”诞生，这可以说是“相互保证毁灭”理论发展到的顶峰。也是从那时候，冷战双方都建造了一批弹道导弹潜艇，这些弹道导弹潜艇中苏美任意一方所携带的弹道导弹都足以数次炸平对方每个角落。根据公开的资料，1985年，苏联仅仅参与战备值班的潜艇所携带的弹道导弹达到了982枚[20]，而且这些导弹至少携带2个当量为0.1兆吨的核弹头。而根据美国公开的资料，冷战时期每一艘战备值班的弹道导弹潜艇中都有一发弹道导弹所携带的弹头指向莫斯科，基辅和列宁格勒（今圣彼得堡）[21]。
在冷战最激烈的时候，美国和苏联双方的潜艇都在进行一种“猫捉老鼠”的游戏。在冷战初期，潜艇由于没有拖拽声呐，苏联潜艇为了寻找美国潜艇而时常使用“疯狂伊凡”战术。冷战时期虽然双方都没有确实证据证明双方开火，但冷战时期双方的核潜艇仍出现了不幸。苏联方面公开的冷战时期沉没的核潜艇有K-129号[22]，K-65号，K-8号，K-219号，K-27号，唯一一艘M级核潜艇K-278“共青团”号（1989年）[23][24]，而由于潜艇事故以及后期保养问题出现的严重事故也很多，最知名的莫过于K-19号，这个潜艇的事故被改编拍摄电影《K-19：寡妇制造者》[25]。美国方面公开了冷战中损失了长尾鲨号和蝎子号。长尾鲨号是因为试航中设备故障导致沉没，而蝎子号的沉没原因虽至今仍未被官方公开[26]，不过有书籍认为是被苏联潜艇击沉[27]。
尽管冷战时期美苏双方海下潜艇火药味十足，但第一个真正有明确证据证明在第二次世界大战之后被潜艇击沉的战斗舰则为1971年，印巴战争时期巴海军汉果号（法国Daphné级）击沉的印度Khukri号护卫舰。在二战之后1982年的马岛战争中，英国皇家海军征服者号核潜艇击沉了阿根廷的贝尔格拉诺将军号巡洋舰，这是核动力潜艇击沉的最大吨位的战斗舰只（潜艇击沉最大船只纪录为二战时期美国海军射水鱼潜艇击沉日本航空母舰信浓号）。
相比于冷战北约-华约双方的“潜艇竞赛”和冷战之后美俄双方强大的潜艇力量来说，其他国家相比之下要显得“温和”得多。在二战中奉行中立原则的荷兰和挪威战后收编了一些德国的潜艇为自己的海军潜艇部队，1946年，瑞典自行研制建造了“鲨鱼”级潜艇，这种潜艇近乎直接照搬了二战德国U-XXI潜艇，20世纪50年代，荷兰设计建造了“海豚”级潜艇，这种潜艇不仅吸收了德国的技术，而且成为了当时常规潜艇中综合性能较高的潜艇，使当时的世界开始瞩目荷兰潜艇技术，同时代末期，瑞典也研制出了自己的“天龙”级潜艇。60年代的1964年荷兰研制出了“旗鱼”。而到了70年代，与此同时60年代末期，瑞典研制了第一个具有本国特色的“海鹰”级潜艇。20世纪70年代后期，荷兰研制出了“海象”级而到了80年代至90年代，瑞典荷兰的潜艇纷纷外销到其他海防小国。1995年，瑞典“格特兰”号，这是全世界第一级量产型AIP潜艇。而90年代末期，荷兰也开始了AIP潜艇的研究。
中华民国政府海军部于1913年提出建造潜艇，随后也规划了一系列潜艇建造计划，但又由于国力问题而取消[28]。中华民国政府潜艇部队于1956年创建，从意大利购买了随后命名为“海龙”、“海蛟”号潜艇，70年代中华民国从美国购买随后命名为“海狮”和“海豹”号的潜艇。[29]1987年和1988年，中华民国海军接收2艘从荷兰购买的海龙号潜艇和海虎号潜艇潜艇。这两艘潜艇是目前中华民国海军公开最先进的潜艇。[30]到了21世纪初期，中华民国海军公布了最新潜舰国造计画，预计建造8艘柴电动力潜舰。
中华人民共和国建国之后，开始接受苏联的援助。早期中国潜艇以本地生产苏联W级潜艇为主要型号。在中苏关系破裂之后，中国政府开始自行研制潜艇。20世纪70年代先后服役了091型核潜艇和092型核潜艇[31][32]以及后来90年代初的039型潜艇，前两型核潜艇由于噪音级别过大等原因造成其一直“限制使用”。而039型潜艇在不断的改进之后则成为中国海军潜艇部队的主力型号。到了21世纪初期，中国政府官方则公开了093型核潜艇和094型核潜艇。
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2000年8月12日，俄罗斯的库尔斯克号潜艇事故是冷战后著名的潜艇艇难，事故原因是由于潜艇装备鱼雷故障在艇内爆炸造成，造成118名全部艇员阵亡。[33]
2010年5月20日韩国宣布其浦项级护卫舰天安号被朝鲜一艘潜艇在白翎岛附近海域使用鱼雷击沉。如果属实，这将是自二战以来第三次潜艇击沉水面舰只事件。但是朝鲜方面否认了这项指控。详见天安号沉没事件。
所有在水面上的船只，包括在上浮之后的潜艇，都处于正浮力状态，重量小于完全淹没时的排水量的重力。所以如果要潜下去，潜艇必须得到更多的负浮力，也就是说潜艇或者将自身的重力大于其所受浮力，或者降低其排水量。而相对于排水量（排水的体积）的控制，对于重力的控制则完全可以通过装备一种叫做“沉浮箱”的水箱来控制。即通过控制沉浮箱中的注水情况来改变潜艇的重力。
对于普通的下潜和上浮动作，潜艇通常用前后两个沉浮箱来完成，这两个沉浮箱也称作主沉浮箱或称主水柜（Main Ballast Tank，简称MBT）。当潜艇需要下潜的时候，主沉浮箱水口完全开启并注水以增大潜艇重力，而当潜艇需要上浮的时候，主沉浮箱的水口再次打开与此同时向主沉浮箱中注入压缩空气以排出箱中的水从而减小重力。主沉浮箱主要负责大幅度的潜艇沉浮动作，水箱也通常安置在漂浮吃水线以下，而如果需要更精确的控制潜艇的所处深度，则需要用深度控制水柜（Depth Control Tank，简称DCT）来控制，这种水柜又称为硬水柜（hard tank）或平衡水柜（trim tank）。被称为“硬水柜”主要由于它们必须要承受比主水柜更大的压力。深度控制水柜的水量可以控制反映变化的外部条件或改变下潜深度。这种水柜既可以安置在靠近潜艇中心的地方，亦可以单独安置在艇身上以防止对于艇平衡性的影响。
当潜艇下潜时，潜艇壳体通常可以承受的水压可以达到4兆帕（相当于400米水深的压强），而对于像阿尔法级核潜艇那样的钛合金外壳的潜艇则可以承受10兆帕的压力（相当于1000米水深的压强）。但在壳体内则要保持普通的海平面大气压力左右的气压。由于水的盐度不同，盐度越大的水其在同样深度所产生的压力也越大。在潜航中的潜艇往往处于一种不稳定平衡状态，或者处于一种向海床下潜或者上浮到水面的状态。控制潜艇处于一个确定深度则需要连续控制潜艇的深度控制水柜以及整个水柜体系。[34]
潜艇在保持固定浮力状态时的平衡状态并不是固有的状态。为了维持理想的平衡性，潜艇通常用专用的平衡舵以及内部的平衡水柜来控制。平衡水柜内部管线连通，用水泵调整各平衡水柜之中的水，从而调整个部分重力而创造出平衡向上与向下的力矩。
潜艇一般有三个舵，主要可分为纵舵(vertical rudder)、潜舵、横舵(horizontal rudder)等种类。纵舵等同于一般船舶的舵，与艇身垂直设置，可以上下成对设置，转向左舷或右舷时船体便会向转弯方向倾斜；潜舵是用来控制深度的舵，若向上操舵，潜艇就会上升，向下操舵则下潜；横舵是用来控制潜艇的姿态角(attitude angle)。[35]
最早期曾经尝试过做为潜艇动力来源的有压缩空气、人力、蒸气、燃油和电力等等。而真正成熟的第一种潜艇动力来源是以柴油引擎配合电动马达做为共同的动力来源。
第一次世界大战之前，潜艇开始使用柴油机配合电动马达作为潜艇的动力来源。柴油机负责潜艇在水面上航行以及电瓶充电的动力来源，在水面下，潜艇使用预先储备在电瓶中的电力航行。由于电瓶所能储存的电力必须提供全舰设备使用，即使以低速航行，也只能维持一段短时间，之后必须浮上水面充电。后来出现的呼吸管提高了潜艇的潜航能力。
呼吸管在第二次世界大战前由荷兰开发出来，其后由德国进一步改良并应用在他们的潜艇上。呼吸管的基本构造是以可伸长的通气管将外界的空气引导至柴油引擎，并排出引擎产生的废气，另外再附加防止海水进入以及将进入的海水排除的管线。通过使用呼吸管可以让潜艇在潜望镜深度情况下使用柴油机，这样潜艇就不必浮出水面即可补充电力。
呼吸管的使用大幅改善了当时潜艇的作业方式与弹性。在使用呼吸管以前，潜艇进行换气和充电的作业必须浮出水面，为了安全考量只能在夜间进行。采用呼吸管之后，潜艇只需将呼吸管伸出海面就可进行充电，不仅降低了潜艇被发现的机率，也扩展了潜艇可以充电的时机。但呼吸管并非完美，因为柴油引擎运作时会产生显著的废气，天气晴朗时可以在3海浬外以目视寻获[36]；伸出潜望镜制造出来的浪花（periscope feather）也可由水面搜索雷达给判断。针对装备呼吸管的潜舰威胁，盟军利用海上巡逻机携带可以辨识出潜望镜雷达散射截面的雷达去寻找潜舰管，即使无法击沉潜艇，至少也要迫使它无法充电而没有能力持续的追踪与攻击。
核动力是继柴电动力之后发展的又一种动力。核动力的原理是应用核子反应炉产生的高温让蒸汽机中产生蒸气之后驱动蒸汽涡轮发动机，来带动螺旋桨或者是发电机产生动力。最早成功在潜艇上安装核子反应炉的是美国海军的鹦鹉螺号潜艇。目前全世界公开宣称拥有核动力的国家有6个[37]，其中以美国和俄罗斯的使用比例最高。美国甚至在1958年宣布不再建造非核动力潜艇。
核动力潜艇相比于传统的柴电潜艇，具有动力输出大，动力续航高（由于核动力潜艇的燃料的补充更换通常在10年以上，相比于仅仅几周或几月的柴电动力潜艇要大大增加，所以也通常被视为无限续航），速度快等优点。但核动力潜艇却有技术难度大，稳定性差，建造费用高，噪音大以及维护要求高的缺点。由于柴电潜艇和绝气推进技术的发展，核动力潜艇已经不再是先进潜艇动力的唯一标准。
AIP是Air-Independent Propulsion的简称，中文称为绝气推进。1930年，德国华特（Walter）博士提出以过氧化氢做为燃料的动力机系统，经过数年的研究和试验，在二战末期，华特发明了“华特式动力机”，其原理是应用燃烧过氧化氢推动内燃机工作，由于过氧化氢燃烧产生氧气，所以不需从外界补充氧气。早期的华特式动力机并不可靠，因为过氧化氢容易发生自燃反应，因此德国只生产了几艘以过氧化氢为动力的潜艇XVIIB。
第二次世界大战之后，许多国家开始研究其他可能的替代动力来源，以延长潜艇在水面下持续作业时间。如在柴电动力的基础上自带氧化剂或者是其他不需要氧气助燃的设备，或是由新的动力来源为电瓶充电与驱动电力马达。
尽管绝气推进大大提高了柴电动力潜艇的能力，但由于过氧化氢等氧化剂的稳定性差，使得绝气推进的安全性常被质疑。实际上无论早期华特的试验还是二战后美国、苏联的深入研究，都出现了或多或少的事故以及问题。
现代绝气推进装置类别主要为空气封闭柴油引擎、闭式循环汽轮机、斯特灵闭式引擎以及燃料电池等，核动力在技术上也属于不依赖空气推进技术的一种。[38]
由于电磁波在水中衰减的速率非常的高，无法做为侦测的讯号来源，以声响讯号探测水面下的人造物体成为运用最广泛的手段。
声纳的英文原名SONAR来自于“音响导航与测距”（sound navigation and ranging）的缩写，无论是潜艇或者是水面船只都利用这项技术的衍生系统探测水地下的物体或者是做为导航的依据。
声纳系统可以大致上分为两类：主动与被动。主动声纳会自己发生音响讯号，借由这个讯号接触物体后反射回来的变化，做为计算这个物体的相对方位与距离的资料。被动声纳的作用和收听装置极为相近，不发出任何讯号，只接收来自于周遭的各种音响讯号来判断与识别不同的物体。
传统上潜艇安装声纳的主要位置是在最前端的位置，由于现代潜艇非常依赖被动声纳的探测效果，巨大的收音装置不仅仅让潜艇的直径大增，原先在这个位置上的鱼雷管也得乖乖让出位置而退到两旁去。
其他安装在潜艇上的声纳型态还包括安装在艇身其他位置的被动声纳听音装置，利用不同位置收到的同一讯号，经过电脑处理和运算之后，就可以迅速的进行粗浅的定位，对于艇身较大的潜艇来说比较有利，因为测量的基线较长，准确度较高。
另外一种声纳称为“拖曳声纳”，因为这种声纳装置在使用时，以缆线与潜艇连接，声纳的本体则远远的拖在潜艇的后面进行探测，拖曳声纳的使用大幅强化潜艇对于全方位与不同深度的侦测能力，尤其是潜艇的尾端。这是因为潜艇的尾端同时也是动力输出的部分，由于水流的声音的干扰，位于前方的声纳无法听到这个区域的讯号而形成一个盲区。使用拖曳声纳之后就能够消除这个盲区，找出躲在这个区域的目标。
潜艇和水面舰只在航行中，由于马达，螺旋桨以及艇体形状的不同，会产生固定频率的回波，这种类似于人指纹的回波被称为声纹，现代声纳接受到信号后和声纹数据库中的信号比较就能确定对方是哪一级别甚至具体是哪艘潜艇或舰只，然后根据对方的特性识别敌友并作出最好的战斗判断。
潜望镜使用在潜艇上的历史比声纳还要久，美国南北战争期间使用的龟形人力小潜艇已经使用类似简单潜望镜的光学装置作为航行时的导航依据。
潜望镜利用光学镜面反射的原理，在一个长管子的两端安装镜片，上端的镜片会将面对的影像向下反射，位于底部的镜片将反射过来的影像作第二次反射，观测人员透过底部的反射镜就可以看到上方镜面对准的方向上的影像。透过这个装置，潜艇内部的人员可以对周遭的环境进行肉眼的实际观测。在作战上，潜望镜也是辨识目标种类与敌我的重要手段。
潜望镜通常提供两种倍率，一种放大倍率较小但是视野范围较广，适合快速的搜索周遭的海域，另外一种倍率较大，提供潜艇识别与判断目标动向的能力。二次大战以后有些公司推出的产品将两者的功能分开到个别的搜索和攻击潜望镜上。在肉眼观测的部分另有刻度协助观测者根据可能的目标型态进行粗浅的距离判断。在二次大战后期美国开始在潜望镜上搭配测距雷达，另外一种测距仪是测量水平线与一个已知物体高度间的夹角的间距仪（Stadimeter）。近代的另外一种替代产品则是雷射测距仪。
潜望镜在不使用的时候会降入潜艇的帆罩（Sail）当中以缩小突出的距离，当需要使用的时候，潜艇首先必须改变深度到较浅的海域，才能够使潜望镜伸出水面进行观测，这个操作深度范围一般称为潜望镜操作深度，实际上的高度则要看每种潜艇与潜望镜搭配而定，在这个深度范围上潜艇有可能和水面船舰发生碰撞，因此潜艇通常需要先以被动声纳判断附近船只的情形，避开可能发生碰撞或者是被目视发现的可能。
现代的潜望镜除了提供更好的观测效果以外，也增强在恶劣天后与夜间观测的能力，配合一般光学摄影机、红外线摄影机或者是低光度电视摄影机等的协助，潜艇在操作潜望镜的弹性上远胜于过去，录制下来的影像以电子讯号储存后，还可以事后的分析与情报的撷取。近代潜望镜设计上的一个大挑战是操作速度的提升，由于需要在较高的航行速度下操作，同时维持影像的稳定，各公司以不同的方式去克服高速下带来的震动与其他的问题，其中一种常见的设计为加大潜望镜尺寸以提高对震动的吸收能力。
潜望镜可以说是造成潜艇失去隐敝性的一大元凶，必须突出海面操作的先天弱点，在二次世界大战后期首度被盟军利用来发现德国的U-潜艇。盟军的巡逻机以特殊的雷达侦测突出海面的潜望镜产生的回波，加以定位之后迅速发动攻击，如此一来让潜艇利用夜间在水面充电或者是进行攻击受到很大的限制，德国曾经试图利用一些涂料降低潜望镜的雷达波反射强度，不过效果不高。现代潜艇多半在攻击潜望镜上加装雷达预警接收器（Radar Warning Receiver, RWR），提供威胁警告。
为了让潜舰观测人员能在漆黑夜色中用潜望镜观测目标，潜舰内部的灯光会调成红灯，以此减低眼睛暗适应的影响。
雷达在第二次世界大战初期开始出现在水面舰艇上面，潜艇也在稍后开始配备，协助于夜间或是不良天候下的搜索。潜艇的雷达在不使用的时候和潜望镜类似，要降低高度贴近帆罩的位置，或者是具备折叠的天线能够收进船帆当中，由于雷达天线的高度以及大小，搜索距离不会很远，效果也比不上一般水面舰艇的搜索雷达，但是这项装备提供更广泛的侦测效果，现代的潜艇上几乎都看得到。
雷达虽然好用，然而他发出讯号的必然缺点也导致潜艇在使用雷达上必须谨慎小心，以免被敌人做反侦测与定位的讯号来源。
德国在第二次世界大战后期在潜艇上加装专门探测盟军巡逻机上的搜索雷达的电子设备，这种电子支援装置（Electronic Support Measurment，ESM）算是近代潜艇装置电子侦测设备的起源。除了自卫的需求之外，潜艇还可以利用不同的电子支援与侦测装置进行对敌人的通讯，雷达或者是其他的无线电讯号的监视与搜集。
冷战开始之后，各国纷纷利用潜艇隐密的特性，配合各类电子侦测装置搜集情报，这又以美国和苏联之间进行的最为激烈，美国不仅仅派遣潜艇到苏联的沿海搜集资料，还让潜艇在苏联的海底电缆上面放置窃听录音系统，获得许多重要的情报。
即使在今日，潜艇依旧是一个非常重要的电子情报搜集工具。
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现代潜艇通常来说是雪茄型的，这种设计相比于最早海龟号的“蛋型”已经有了很大改变，这样的壳体也通常被称为“水滴型壳体”。经过了很长时间的发展，潜艇设计者们发现水滴型壳体是目前发现的水下阻力最小壳体形状，但不得不说的是这种形状却在海面漂浮时抵御海浪的能力也较差一些。早期的潜艇由于推进力的限制，其水下的速度不会超过10节，作战方式是平时在水面航行，发现敌情后潜水航行，所以早期潜艇的外形都是不严格的“雪茄型”，其所产生的额外水阻力也是可以接受的。直到第二次世界大战末期，德国潜艇研制技术和思想都得到了巨大的改变，他们开始注重水下航速并且第一次建造出了水下航速比水上还要快的潜艇——XXI级，随后又建造出了XXIII级。这两种型号的潜艇不但使用了近水滴型壳体，而且第一次撤销了潜艇甲板上的甲板火炮，舰桥部分也“近流线型”，这样潜艇不仅更快而且相比于当时盟军的潜艇更加安静，在水下的战斗力更强。现代潜艇在水滴型外壳外面通常都要铺设消声瓦，实际上是一种降低本艇声音辐射以及吸收外部声波的材料，使得潜艇更加安静。
潜艇上部突出的舰桥围壳部分可以增长潜望镜和无线电天线的使用长度。通常来说，舰桥围壳内通常都有无线电设备，雷达，电子战设备，通气管等设备。在早期的潜艇中，指挥舱都会在潜艇的舰桥围壳之中，所以潜艇舰桥围壳通常也被称为“指挥塔”。不过现在的服役的大多数潜艇的指挥舱通常在潜艇之中，而舰桥围壳现在通常的作用则是通风，作为设备舱以及用于视觉观测的地方了。
在现代的军用潜艇结构的发展大致分为两个“流派”——单壳体结构与双壳体结构。单壳体结构顾名思义就是以一层壳体承受艇外压力，维持艇内气压。而双壳体则是在壳体外面再加装一层壳体，这层壳体被称为“外壳体”，“轻壳体”通常也被称为“非耐压艇体”。这个外壳自身不承受压力，其内部的壳与单壳体结构一样承受外压维持内压。
早在一战时期，潜艇最适于航行，并且能够很好抵挡外部水压同时又要简化制造工艺的方法只有在外形上改变水滴型外形或者使用双壳体。双壳体的主要目的就是：外壳保持艇型，内壳维持压力。直到二战末期部分潜艇的上甲板部，船首和船尾仍然加装一个很薄的外壳以维持外形。德国的U-XXI型是第一种完全双壳体结构的潜艇，而盟军仍然采用部分双壳体的结构。
二战之后，盟、苏双方在潜艇的结构上开始分离。苏联将原来的与盟军相似设计结构设计方式转为了双壳体结构。值得一提的是从“铁幕”落下至苏联解体，乃至现在，双壳体结构仍然是苏联/俄罗斯潜艇设计结构的“必须结构”。相比之下，美国以及其他西方潜艇则开始转向全面单壳体的设计方式。通过材料学以及流体动力学的长期进步，西方潜艇普遍做到了以单耐压艇体抵抗压力，维持形状和内压得能力。西方潜艇虽然称为单壳体结构，但实际上大多数潜艇的艇首和艇尾需要加装一层“轻壳”。
双壳体的优势在于对耐压艇体材料要求度比单壳体要低很多，而且可以布设很多耐压设备，诸如声纳探头布设非耐压艇体中，这样不仅减小耐压艇体内的空间而且还能大大减小耐压艇体由于运转这些设备时产生抗压力下降和耐压艇体形变。在实战中，潜艇一旦受到震荡，撞击等时候，外部壳体虽然可能遭到毁灭打击，但由于其有效保护了内部耐压艇体，造成潜艇的安全性得到有效保护。同时外壳体内部加装消声材料也可以大大降低内部噪音，提高安静能力。再有就是双壳体结构的潜艇储备浮力都很大，抗沉性都普遍高于单壳体潜艇。
不过相比之下，双壳体的弊端也非常凸现。首先双壳体潜艇的排水量都偏大，这造成了潜艇阻力和噪音的增大。其次双壳体结构的焊接工艺的要求和耗费要比单壳体高很多，这样无形中增加了潜艇的制造周期和降低性价比。但值得一提的是，苏联曾考虑过制造单壳体的阿尔法级核潜艇以提高其航速和减小排水量，而美国近些年来也开始打算制造双壳体结构的潜艇以提高装载能力，安静性和操作性。[41]
鱼雷是潜艇使用的武器当中最普遍也是历史最悠久的一种。直到目前为止，鱼雷仍是潜艇最常见的武器。
在第二次世界大战中期以前，鱼雷是没有任何导引装置，发射出去之后只能依照设定的方向与深度持续前进，直到动力用尽或是与目标接触为止。中期以后鱼雷开始有最初的导引系统协助提高命中率，即使如此，鱼雷在二次大战结束前的主要目标还是水面舰艇。
二次大战之后鱼雷的发展趋势有两个主要的方向。第一个方向是导引系统的引入与成熟化，第二个方向是在动力系统上的改进以提高射程和速度。目前鱼雷的导引系统当中最普遍的是声纳，可以说绝大多数的鱼雷都是使用声纳搜索与追击目标，另外一种则是以水面船只通过之后留下的浪迹作为导引的讯号来源。在导引的型态上面又分成有线与无线两类。
有线导引鱼雷多使用在潜艇上面，顾名思义，鱼雷的后端有导线与潜艇相连接，在发射之后潜艇的射控系统得以将控制指令经由导线传递给鱼雷，这样可以利用更精确的控制鱼雷攻击目标。必要的时候，潜艇可以直接切断导线，让鱼雷自行以主动声纳标定与攻击目标。
无线导引鱼雷多使用在水面舰艇和火箭助飞鱼雷上面，鱼雷在发射进入水中之后立刻以主动声纳搜索，发射的飞机或者是船舰对这枚鱼雷不再有任何控制的能力。
二战结束前的潜艇多在前后都有鱼雷发射管，除了提高鱼雷的总携带量以外，还可以增加潜艇的发射火力。这个设计在二战之后逐渐消失，取代的是集中在艇首的鱼雷发射管。随著声纳的体积与空间的需求改变，艇首的位置又被声纳所取代，因此近代的潜艇的鱼雷管的配置位置很多是在接近艇首的两侧。
潜艇上发射鱼雷的方式有两大类：气压射出与自行游出。气压射出就是说利用压缩空气与活塞作用的原理，将鱼雷由发射管弹射出去。自行游出是让鱼雷以自己的动力离开发射管。
鱼雷的引爆方式也有两种：接触引爆与磁性引爆。鱼雷对于水面船只产生杀伤力的最主要来源是水压的剧烈变化引发船只结构受损，而非直接撞击船只在水面下的部分。一般鱼雷多有这两种引爆方式。
潜舰用鱼雷攻击前，一般使用向量三角形来计算目标的速度、移动的位置，潜舰须朝未来位置发射鱼雷，依据目标航线、速度，计算后以得出与鱼雷发射后的相会之处。攻击过程一般分为“接触”、“攻击”、“回避”三个阶段，潜舰必须一边接触敌人，一边进行目标运动分析，等到达发射地点时再击发鱼雷，发射鱼雷后便要立刻脱离战场回避。[42]
火炮是早期潜艇的主要武器之一。早期潜艇的吨位较小，携带的鱼雷数量有限，火炮的作用在于辅助鱼雷，增强潜艇的火力。一般来说，潜艇上的火炮主要是用来警告无武装的船只停止下来接受检查或者是攻击无武装的船只以节省鱼雷的消耗量。 第二次世界大战末期，为了要对付盟军的反潜机，德国的U潜艇还加装专门对空射击的高射机枪或是高射机炮。大战结束之后，火炮逐渐从潜艇上消失，现在的潜艇已经完全看不到任何火炮的设置。
二次大战中最有名的潜艇火炮当属德国使用的88毫米炮，他之所以会有名是因为很多人误以为这款火炮也同时被德国陆军做为高射炮与反坦克炮。其实除了口径相同之外，这一门火炮和陆军的88炮是没有关系的。
导弹使用在潜艇上是在二次大战之后的新发展，不过最早的试验还是在二次大战时期，德国企图将V2火箭由U-潜艇上发射，只是这个试验并未实用化。
目前最常见的潜艇发射（潜射）导弹包括：潜对地弹道导弹，潜对地巡航导弹以及潜对舰反舰导弹这三种。潜对空飞弹有少数国家尝试安装使用，采取的方式是将单兵使用的携带型防空导弹改装到潜艇上面，发射的时候依照改装的方式，潜艇可以在水下或者是必须在水面上操作。基本上潜射对空飞弹目前不普遍也不算非常实用。
潜舰发射的反潜飞弹严格来说不算是飞弹，因为有导引装置在推进火箭前端的鱼雷，火箭本身只负责推送鱼雷到指定的区域，在功能和作用上与水面舰艇使用的反潜火箭相同。
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以潜艇作为布置水雷的载具相当常见，利用潜艇隐密的特性，到指定的水域部署攻击性或者是防御性的水雷网。早期的水雷有利用鱼雷管发射布置，或者是外挂在潜艇的艇身以外。现代的潜艇则都是利用鱼雷管布放水雷。
潜艇即使在浮出水面时，提供艇上观测的高度远低于一般的水面舰艇，因此在配备雷达与其他电子搜索装置以前，潜艇的有效侦测距离相当的短。为了改善这个缺点，搭载舰载机作为辅助观测手段曾经被许多国家考虑过。
最早将潜艇与飞机搭配使用的是一次世界大战时的英国与德国海军，他们将水上飞机装载于潜艇上，当潜艇下沉之后就可以让飞机自行起飞。完成任务之后，飞机可以选择返回陆上机场，或者是在海上降落，在乘员脱离之后将飞机凿沉。
二战时期纳粹德国海军曾少量使用无动力自转旋翼机－“Fa-330”执行侦查与导航。“Fa-330”与直升机类似，但构造简单的多。观测员坐在没有机身保护的座位上，头上是三叶旋翼，操纵装置仅能控制旋翼的共同倾角以及方向舵，升力源自潜艇缆绳牵引产生的气流，同时缆绳内嵌电话线以便观测员与母舰通讯。“Fa-330”平时可折收存放，使用时可以迅速组装完成。在盟军反潜机数量与涵盖范围大增后，“Fa-330”不能对其预警而使效果不彰[43][44]。
1934年法国海军的“速科夫号潜艇（N N 3）”是潜艇搭载舰载机成功但不成熟的例子，“速科夫号”搭载一架“贝松MB.411（Besson MB.411）”水上飞机可拆解收纳于指挥塔后方的机库，后方配有起重机协助起降回收作业。搭载“贝松MB.411”主要目的是作侦查用，但实际上却很少使用上，甚至机库常未搭载该机而代作仓库。“速科夫号”服役时是当时最大的潜艇，全长110公尺，全宽9公尺，除了有专门搭载的舰载机与其机库外，指挥塔前还装配了一座应只有水面舰艇才会配上的203公釐连装炮，并有12具鱼雷发射管，并可装载数艘小艇，水中排水量达4,304吨，因为是潜艇未受当时的华盛顿海军条约才能有此规格，开发的目的是要断切敌方海运路线，据说其自恃力可达90天。尽管“速科夫号”有如此惊人的设计，但本身却极少参战，不少专家认为该舰本身就大幅欠缺战术实用性，不论是203公釐连装炮还是贝松MB.411水上飞机其准备作业都过于复杂且耗时，极难有效展开攻击，而庞大的舰身并搭载不利潜水的巨炮让其隐蔽性大减。“速科夫号”最终在1942年2月18日于巴拿马运河附近沉没，船员全数罹难，肇因美国与法国最初的调查报告是其在高速航行时被一艘美国货轮撞上，但后来法国另有一份调查报告认为是受到美国飞机意外的攻击造成[45]。
至今潜艇搭载舰载机成熟度最高的例子是二战时期大日本帝国海军打造的“伊四〇〇型潜舰”。“伊四〇〇型”设计上能搭载3架“晴岚攻击机”，“晴岚”平时可拆解收纳于指挥塔内的隧道式机库，机库舱口设于指挥塔前部并有一具飞机弹射器固定于舰首甲板上，起飞准备作业预计最快仅需3分钟，舰内装配温度足够随时可让“晴岚”使用的燃料槽。“晴岚”是1943年研发完成的潜艇搭载用水上舰载攻击机，可挂载一枚800公斤的鱼雷或炸弹，最大航程达1,540公里，机翼可翻折与机身贴合，浮筒另外收纳。由于“伊四〇〇型”设计上仅内建简易起重机，不易将“晴岚”回收舰内，因此计画“晴岚”完成任务后通常飞往附近有回收水上飞机功能的舰艇或水上飞机场进行回收而不返回母舰，如果无法到可回收的地方，机员则会降落在水面待由母舰或其他舰艇接送后将机身凿沉抛弃，而其浮筒亦可在飞行中抛弃以强化性能，除了测试与演习，或是罕见的许可状况，“晴岚”一般是没计画返回“伊四〇〇型”内。“伊四〇〇型”完工后成了至今最大的常规动力潜艇，全长122公尺，全宽12公尺，水中排水量达6,560吨，自恃力预计达120天。1943年到1945年间日军共完工3艘“伊四〇〇型”（伊四〇〇、伊四〇一、伊四〇二），另外3艘同型舰（伊四〇三、伊四〇四、伊四〇五）因各原因而最终停止建造并解体，并变更计画改装部分“伊九型潜舰”为可搭载2架“晴岚”的“伊十三型潜舰”。原本下令研发“伊四〇〇型”的山本五十六将军是计画用其攻击巴拿马运河以断绝盟军运输捷径，然而在“伊四〇〇”完工下水了时日军的战力与经济已每下愈况，“山本”也已遭伏击阵亡，原先的计画已无意义。1945年7月23日“伊四〇〇”与“伊四〇一”“晴岚”满载前往波纳佩计画攻击乌利西环礁执行首场任务途中日本宣布投降，两舰舰长下令抛弃所有鱼雷与舰载机后舰队被美军发现接收，同年10月返回佐世保，1946年1月两舰被美军带回美国本土作技术调查，最后在夏威夷近海做靶舰击沉，“伊四〇二”则在港内因空袭受损，维修中迎接终战，1946年4月1日在东海被美军做靶舰击沉。虽然“伊四〇〇型”未成功执行过任一场任务，但一些专家分析依当时的军事技术“伊四〇〇型”也许能做出有效的战略打击，其设计上的战术实用性远比“速科夫号”高得多，也让“伊四〇〇型”被最多人公认的“航空潜舰”，假若“伊四〇〇型”有成功出击过，可能对战局过程产生影响。虽然“伊四〇〇型”已全遭击沉，日军当时的资料也尽乎销毁，其机密技术已失尽，但却带给世人以潜艇执行攻击地面的概念，间接促成今日的弹道飞弹潜艇开发[46][47]。
尽管现在并无任何潜艇设计上可装载飞机，雷达等电子侦搜系统让潜艇自身有足够的侦察能力，“伊四〇〇型”带来的新概念也被将舰载机换成飞弹来延续，但在潜艇搭载飞机的想法并未彻底断绝，仍有少数开发潜艇舰载机甚至航空潜舰想法的计画，但都因技术困难度与成本过高等问题而无告而终。在大众文化的作品里，有不少虚构的潜艇设定上有搭载舰载机。
军用潜艇有几种分类方式。可以按照潜艇大小分类为：大型（排水量在2000吨以上）、中型（排水量在600－2000吨）、小型（排水量在100－600吨）和袖珍（排水量在100吨以下）潜艇。若按照使命分类，则可分为攻击型潜艇、巡航导弹潜艇和弹道导弹潜艇。按船体结构分类的话，有双壳潜艇及单壳潜艇（详细参见结构一段）。若按潜艇动力分类，则可分为柴电潜艇、核潜艇（详细参见动力一段）。
自从海龟号尝试攻击敌舰之后，潜艇就一直被视为一种海下攻击的利器。所谓攻击型潜艇其实是区别战略型潜艇而论的。这种潜艇主要的是以攻击敌方船只，潜艇等海上及海下目标为主要任务。通常很少具备，或仅仅拥有很少量级的对陆对空能力。这些潜艇主要的武备从早期的“凿船钻”，“触爆炸药”逐渐发展，直到一战前，鱼雷、水雷、以及甲板炮成为了潜艇的标准配备武器。随着二战后其德国U-潜艇的水下高速化发展，甲板炮自U-XXI型之后退出了历史舞台。
随着二战的结束和冷战“铁幕”的落下，攻击型潜艇以其相对廉价，稳定性强以及其本身的攻击性成为了当时美苏双方侦查情报，探寻追踪敌方战略潜艇（弹道导弹潜艇）的重要武器。尤其在核动力登上潜艇之后，攻击型潜艇可以说进入了一个新纪元，当鹦鹉螺号下水服役之后参与的演习，让当时所有反潜专家惊讶其性能，二战时期的大多反潜方式都无法对抗鹦鹉螺号[48]。自此之后美国宣布不再建造任何常规动力潜艇。而相对于美国来说，苏联的潜艇安静度一直与美国潜艇有一定差距。但世界上普遍认为美国建造的海狼级核潜艇和苏联建造的阿库拉-猎豹级核潜艇都代表了当前单壳体攻击型潜艇和双壳体攻击型潜艇的最高水平。
因为研发出可以用鱼雷管发射的巡航导弹，所以没有专用的导弹发射器的攻击型潜艇，在上世纪七十年代晚期起，成为了潜在的战略武器被受到器重。
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随着潜艇的发展，而另一种武器——导弹则成为了潜艇发展的另一个方向，其中潜射弹道导弹发展较早和成熟。V-II导弹成为了德国人理想潜艇的利器，二战后期德国人曾开始研究将潜艇安装上导弹，而这个研究项目的资料也随着战争的发展而成为了美国人的战利品。
弹道导弹潜艇是冷战“相互保证毁灭”思想的重要工具。旨在当我方遭受到敌方毁灭性的核打击，陆射弹道飞弹和空基战略轰炸机等核武器投射力量已经被毁灭之后，弹道导弹潜艇作为隐蔽的核攻击力量给与敌方毁灭性的打击，这被称作“第二击”。
自从二战时德国试验潜艇发射V型导弹的试验资料英国、美国、苏联皆有得到片段资讯，各国在二战后都积极于潜艇发射导弹的实验。美苏经过了早期巡航导弹的试验之后，双方都开始了潜艇发射弹道导弹的研究。尤其是美国，由于1964年至1970年代，美国的潜射弹道飞弹技术突飞猛进，此段时间潜舰装设的飞弹关注重心都放在弹道飞弹计画，搁置了巡弋飞弹的开发项目。而在更之前的1959年，美国第一个弹道导弹核潜艇乔治·华盛顿号弹道潜艇投入服役。配备了射程2,600公里的UGM-27北极星飞弹。而相比之下苏联在弹道导弹潜艇技术在很长久一段时间都落后于美国，苏联的第一艘弹道导弹潜艇（G级）虽然在1957年下水服役，比华盛顿号早，但其动力则为柴电动力，而且其装载的P-11ФM导弹射程仅为150公里，改装之后也才560公里，同时也不能进行水面下发射。在1970年代时，美苏两国的弹道导弹潜艇数目与搭载装有核子弹头的弹道飞弹力量都突飞猛进，而相比较于美苏来说的其他国家则相形见绌。
在几个核子武器主要持有国，英国的弹道飞弹潜舰在1963年北极星飞弹出售协议签订后，得到美国的政治承诺与技术分享，因此并未持续投资在开发国产弹道飞弹，而决定全面采用美国开发的北级星飞弹和三叉戟系统作为本国的第二击工具。法国和中国则决定采独立发展的路径获得完全的核战力自主。法国自行研制的第一代弹道飞弹潜舰可畏级核子弹道飞弹潜舰于1971年服役，第二代凯旋级核潜艇在1990年代服役取代旧型舰。中国自行研制的092型潜艇于1981年下水，配备的巨浪-1型导弹系统则是到1990年代才完成验收开始量产。解放军第二代核子弹道飞弹潜舰则是094型核潜艇，该潜艇使用的是巨浪-2型导弹。[49]
巡弋飞弹潜舰是冷战开始时问世的潜舰种类，最初也采取水上发射设计。但受到巡弋飞弹导引设计的高技术门槛，因此配备的进度晚于弹道飞弹潜舰。水下发射技术在弹道飞弹潜舰开发过程中已完成突破，精密目标导引科技与小型推进发动机则是在1980年代后逐渐成熟，冷战后巡弋飞弹日益普及，成为潜舰的主力武器之一，而一些弹道飞弹潜舰也改变用途，作为专用于投射巡弋飞弹的载台。
1964年2月，美国在SS-348鳕鱼号上安装“天狮星巡弋飞弹”，进行了发射试验并取得成功。然而，开发核子武器与二次打击战略的指导，潜射弹道飞弹成为美军开发的优先项目，潜射巡弋飞弹无论是射程或是精度上都无法得到军方垂青，因此暂时被搁置。
相对于美国，苏联在开发巡弋飞弹上一直投注很大的心血，但是它们并非要对抗陆上战略目标，而是要对抗海上的战略目标：航空母舰战斗群。苏联是将巡弋飞弹潜舰作为长程反舰飞弹的载台。
由于苏联评估它们缺乏足够能力去消灭以美国为首的北大西洋公约组织国家水面舰队，而这些舰队是西方国家控制海权的重要关键，因此苏联千方百计地在开发反航舰战术。在苏联的反航舰战术教条中，可以在美国航舰战斗群外发动攻势的长程反舰飞弹被苏联人视为最理想的反击武器，而这种武器的最佳投射者为轰炸机与潜舰。1956年，苏联海军将一艘W级潜艇改装携带SS-N-3C型导弹并且成功进行了发射试验，随后苏联开始研制了第一级巡航导弹潜艇E级核潜艇，自此之后苏联发展了一系列巡航导弹潜艇。到了奥斯卡级核潜艇，苏联发展的巡航导弹潜艇非常完整。
美国重新为潜舰配备巡弋飞弹是在战斧巡弋飞弹开发成功之后，由于精准打击武器的效果在测试中已被认可，在1990年代以后的战争中备受肯定，美军将各种军事载台皆整合了巡弋飞弹的发射功能。最早的巡弋飞弹潜舰是洛杉矶级攻击型核潜艇后期型，她们配备了12管战斧巡弋飞弹发射管。随后因核武控制协议的管制加强，美军的战略核子弹道飞弹潜舰总数超过需要布署大量的洲际弹道飞弹规模，因此在2002年9月，美国将4艘俄亥俄级核潜艇弹道飞弹发射管改造为巡弋飞弹发射管，作为巡弋飞弹潜舰运用。而一般的核子攻击潜舰美军也开发了专用发射管套件，让所有的攻击潜舰都有巡弋飞弹的投射能力。
直至2004年全世界各国官方宣称拥有军用武装潜艇的国家（排名不分先后）：[50]
潜艇最早原本就是用于水下探秘的一种工具。最早潜艇则是由潜水钟发展而来，潜水钟通常自身没有动力，需要水上船只托拽行进。但后来潜艇的军事化使得潜艇的民用用途一度停滞。
随后伴随二战结束以及对于海洋科学研究的兴起，民用科研潜艇复兴。在民用科研潜艇上，美国和日本的技术发展最为先进。1960年1月23日，美国人皮卡尔和沃尔什乘“里亚斯特—2”号，在太平洋的马里亚纳海沟潜到了10916米的深度，创下了载人潜水器下潜深度的世界纪录。1995年，日本“海沟”号在世界最深的马里亚纳海沟进行了水深达10970米的潜航，创下了无人潜水器的最深下潜纪录。[51]
随着科技的发展和潜艇市场的开放，观光潜艇成为了一些富人的新式“移动豪宅”，同样也成为了一些靠海的热门旅游地的海峡观光设备。2007年7月，美国潜艇公司为俄罗斯富商，英超球队切尔西老板阿布建造完毕了一艘豪华水下游艇“凤凰1000”。这艘潜艇长65米，观景窗宽4.5米，可达到300米深度，室内总面积为460平方米，生活和娱乐设施一应俱全，包括会议厅、海底电话和卫星电视。据该公司称，如果客户需要，潜艇内部的豪华设备还可以包括按摩浴池、健身室、酒窖以及最多10个卧室。甚至可以设立一个艇内篮球场。公司宣称这种潜艇甚至可以躲避核战争，而价格则达到了8000万美元[52]。
2006年，为了参观洞庭湖下的水下宫殿，千岛湖天清岛度假酒店出资3000万元人民币，购置了大连海韵潜游技术发展有限公司产的“天清号”观光潜艇。这种潜艇长24.1米，宽3.4米，载客48名。现在“天清号”已经投入观光使用。这是中国大陆第一次使用观光潜艇。[53]同样的潜艇也向泰国芭堤雅出口了两艘，建造过程通过了美国船级社（ABS）的检验认证。[54]
总部位于圣彼得堡的红宝石设计局设计制造了一种海下观光潜艇。这种潜艇被命名为“沙多克”（Sadko）。这种潜艇能装载40名乘客，安全下潜深度为100米，极限深度为200至250米，而通常则只在40米左右的深度潜行以保证安全，而且为每名乘员都配备了水下逃生设备。艇上有三名工作人员负责操控潜艇和乘客服务。自2001年开始这种潜艇在塞浦路斯投入观光服务。[55]
近年部分美洲的大型的毒贩组织，为了减轻被发现的风险。也建造和使用了一些简易的小潜艇来运毒，而在远离陆地的大海时是由较大的水面船舶拖曳。这类设计都是些一次性使用的半潜艇，即没有可以真正潜水的机能，但因为全艇极小只露出顶部，并用全电力推进不会冒烟便不会被发现。
关于潜艇最著名的小说莫过于儒勒·凡尔纳所著的《海底两万里》。书中描述了尼莫船长所指挥的鹦鹉螺号潜艇的游历。但实际上“鹦鹉螺号”这个名字则在更早的1800年被真实世界之中的罗伯特·富尔顿的潜艇鹦鹉螺号所使用，该潜艇也编入了美国海军的序列。
其他书籍：
- 海龙，弗兰克·赫伯特所著
- 猎杀红十月号，汤姆·克兰西所著
- 猎杀波将金号、台风，马克·约瑟夫所著
- 鲨鱼兵变，The Shark Mutiny
- 英国海军非可见号，HMS Unseen
- 世界大战Z，马克思·布鲁克斯所著
- 海狼号，USS Seawolf
- 恐怖夫人，Madame Terror
- 大北极Ice Station Zebra，阿利斯泰尔·麦克林所著
- 猎潜，Hunter Killer，杰佛里·简金所著
- 太平洋潜艇战，小爱德华·比奇所著
- 潜艇驱逐战，Torpedo Run，Douglas Reeman
- 终战的罗蕾莱，福井晴敏所著
- 台风号
- 惊爆危机，贺东招二所著
- 木剑号突击，理查．P．亨瑞克所著
请参看关于潜艇的小说分类。
潜艇类电影逐渐发展成为了一种影片流派。潜艇类电影之所以能发展起来主要是因为这个主题所涵盖的危险性，戏剧性和潜艇中由于幽闭恐惧所引申的一系列事件。潜艇类电影业通常拥有与反潜或者与敌潜艇进行紧张的“猫捉老鼠”类型战斗。
第一套潜艇类电影是由著名小说《太平洋潜艇战》改编的同名电影《太平洋潜艇战》。
比较现代的电影则有《猎杀红十月》、《从海底出击》、《U-571》、《深红潮汐》、《海底喋血战》、《巡弋舰艇》、《K-19：寡妇制造者》、《幽灵号》、《在敌之手》《暴风女神》及《潜舰猎杀令》等等。
- 《铁金刚勇破海底城》：007系列电影，讲述一艘皇家海军的弹道导弹潜艇被一个船业大亨偷出，以企图统治世界的故事。
- 《猎杀红十月号》
- 《K-19：寡妇制造者》：一系列天灾人祸降临苏联K-19号潜艇的故事。
- 《幻影计划》
- 《深红潮汐》（Crimson Tide）
- 《幽灵号》
关于潜艇的电子游戏：
- 未来水世界，AquaNox
- 危险水域，Dangerous Waters
- 海底大战争，In the hunt
- 海王星行动，Operation Neptune
- 猎杀潜航系列，Silent Hunter
- 沉默猎手，Silent Service
- 沉默猎手II，Silent Service II
- 潜艇小英雄，Sub Culture
- 狼群，Wolfpack
- 攻击潜艇688，688 Attack Sub
- 代号：冰人，Codename: Iceman
- 航海时代II，Age of Sail II
- 驱逐舰指挥官，Destroyer Command
- 太平洋风暴，Pacific Storm
- 汤姆克兰西攻击核潜艇，Tom Clancy's SSN
- 王牌飞行员：深渊，Aces of The Deep（PC版本）
- 王牌飞行员：深渊，Aces of the Deep（Mac版本）
- 舰队指挥官，Fleet Command
- 命令与征服：红色警戒系列，Command & Conquer: Red Alert
- 战斗位置：太平洋，Battlestations: Pacific
- 冰冷海域，Cold Waters，1980年代起，台湾各都市电子游戏场多有潜艇射鱼雷游戏台，玩家需先投铜板启动机台，眼贴鱼雷潜望镜，自有船舰十余艘浮现于你眼前，任你射击，若击中，该船会发震声动后爆炸沉没，如同训练射鱼雷的隼度及瞬时按钮射击决断力
- 战舰世界，World of Warship
- 披头士乐队写了一首叫做Yellow Submarine（黄色潜水艇）的歌
- 铁娘子乐团（铁娘子乐队）在她们的专辑No Prayer for the Dying中有一首歌“Run Silent Run Deep”
- 汤姆士乐团的专辑The Golden Age of Wireless中的歌“One of our Submarines”
- zz顶级乐队的一个叫做“Submers”（潜水艇）的专辑中每一首歌都根据于一个潜艇的名称而命名。
- 普多写过一首名为“Wolfpack”（狼群）的歌，歌的内容基于纳粹德国的潜艇狼群攻击盟军运输队ONS-92事件。歌中提及的U-124潜艇在这次实践中一晚上击沉了4艘运输艇，歌中还提及了U-569，U-406和U-94艇。
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