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關於與「潛艇」標題相近或相同的條目，請見「潛艇 (消歧義)」。潛水艇（台灣作潛水艇／潛水艦），簡稱潛艇（台灣作潛艇／潛艦[註 1]），是能夠在水下運行的艦艇[1]。潛艇的種類繁多，形制各異，小到全自動或一兩人操作、作業時間數小時的小型民用潛水探測器，大至可裝載數百人、連續潛航3-6個月的俄羅斯颱風級核潛艇。按體積可分為大型（主要為軍用）、中型或小型（袖珍潛艇、潛水器）和水下自動機械裝置等。由於潛伏於海中而難以探測的特性，潛艇也是較早期就有的隱形載具。
大型潛艇多為圓柱形，船中部通常設立一個垂直結構（帆罩），早期稱為「指揮塔」，帆罩多具有平直的矩形截面，早期多為階梯形，內有通訊、感應器、潛望鏡和控制設備等。[2]
自第一次世界大戰後，潛艇得到廣泛運用，擔任許多大國海軍的重要裝備，其功能包括攻擊敵人軍艦或潛艇、近岸保護、突破封鎖、偵察和掩飾特種部隊行動等。潛艇也常用於非軍事用途，如海洋科學研究、搶救財物、勘探開採、科學偵測、維護設備、搜索援救、海底電纜維修、毒品走私、水下旅遊觀光、學術調查等，超級富豪甚至運用潛艇作為海下移動豪宅。
多數潛艇被認為是一種戰略武器（尤其是中大型的彈道飛彈潛艇與遊弋飛彈潛艇），在裁軍或擴軍談判中有舉足輕重的地位。研發潛艇需要高度和全面的工業能力，目前只有少數國家能夠自行設計和生產軍用級潛艇。
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潛艇最早可追溯到15－16世紀的李奧納多·達文西。據說他曾構思「可以水下航行的船」，但這種能力向來被視為「邪惡的」，所以他沒有畫出設計圖。直至一戰前夕，潛艇仍被當成「非紳士風度」的武器，其被俘艇員可能被以海盜論處[3]。
16世紀，真實意義的潛艇出現。1578年，英國數學家威廉·伯恩著書《發明與設計》描述潛艇。1620年，首艘有文字紀載的「可以潛水的船隻」（submerible vehicles）由荷蘭裔英國人克尼利厄斯·雅布斯縱·戴博爾建成，主要即依據前者的設計，推進力由人力操作的櫓產生。但有人認為那只是「縛在水面船隻下方的一個鈴鐺狀東西」，根本不能算潛艇，它有兩種改良型於1620年和1624年在泰晤士河上進行了實驗。2002年，英國廣播公司播出的電視節目「Building the Impossible」[4]中，馬可‧愛德華茲公司根據當年的設計圖建成了一艘可搭載兩人的戴博爾型潛艇，並成功潛航於伊頓的多尼湖。
「可潛水船隻」能夠探索水下世界，但其軍事價值很快就被發掘。1648年，切斯特主教約翰·維爾金斯著書《數學魔法》（Mathematical Magic）指出潛艇在軍事戰略上的優勢：
- 私密性：前往世界任何海岸附近，並且不被發現或被制。
- 安全性：海盜和劫匪無法搶劫水下船隻；無常潮汐和強烈風雨無法影響海面下25-30英尺（5-6 paces[5]）；冰和霜凍也無法危及潛艇乘員，即便在南北極海域。
- 有效抵抗敵人海軍，破壞和擊沉水面船隻。
- 支援被水環繞或接近水的地方，無聲無息運送補給品。
- 本身作為有益的水下試驗場所。
史上第一艘用於軍事的潛艇出現於美國獨立戰爭。美國耶魯大學的大衛·布希奈爾建成海龜號，內部僅容納一人操作方向舵和螺旋槳。1776年，海龜號企圖攻擊英國皇家海軍老鷹號（HMS Eagle），但失敗。史上第一艘成功炸沉敵艦的潛艇在美國南北戰爭。何瑞斯·勞昇·漢利建成漢利號潛艇，乘員八人，手搖柄驅動。其前端外伸一個炸藥包，碰觸敵艦即爆炸。1864年2月17日晚上9時許，它成功炸沉北方聯邦的豪薩托尼克號（USS Housatonic）護衛艦，但自己卻也因爆炸產生的漩渦而沉沒。
此前的1863年，法國首先以儲放壓縮空氣的方式取代人力，建成第一艘非人力驅動潛艇「潛水者號」[6]。1879年，英國牧師喬治·加勒特建成「復活號」，長約15米，中間圓柱形，兩端圓錐形。其航行水面用蒸汽推進，潛水用鍋爐中的剩餘蒸汽，是第一艘熱機驅動的潛艇。
19世紀80年代，潛艇技術日益進步，各國逐漸認識其重要性。美國、英國、法國、瑞典、意大利、德國和俄國等都熱衷於研發。1878年，英裔美國人約翰·菲利普·霍蘭投入此項工作。1900年4月，美國政府購買其研製的潛艇霍蘭號，並編入美國海軍。從此，潛艇正式成為一種海軍艦艇。1898年，法國人馬克西姆·勞伯夫首創以雙殼體結構建成「一角鯨號」，儲存壓艙水在兩層船殼之間，優點是浮力大增。這後來成為蘇俄潛艇的一種類型[7]。
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第一次世界大戰期間，潛艇的活動範圍從近岸發展到遠洋。英國和德國的潛艇戰略不同。英國主要用以封鎖敵方港口，但受限於技術而並未成功。德國則進行無限制潛艇戰，企圖通過破壞壓制英國海運路線再逼之談和。但英國不斷改善護航措施，以及美國驅逐艦大量加入護航，德國潛艇於戰爭後期即很難得手，承受嚴重損失而失敗。
1850年，德國開始建造潛艇，由其發明家威爾亨·鮑爾（Wilhelm Bauer）主持（1822年12月23日生，1875年6月20日卒）。1890年，諾登費爾特設計W1與W2潛艇。1904年，基爾的克魯勃造船廠建成並售予俄羅斯。1905年，德國建成自己的「卡普號」（"Karp"），此乃是U-1級潛艇。它是雙殼體結構，動力為科庭式煤油引擎，僅有一具魚雷發射管。下一艘為U-2級，體積已大了一半，發射管兩具。1912年、1913年間，柴油引擎開始裝在U-19級。一戰開打時，德國共有潛艇13級48艘，當中29艘服役，其餘建造中。
1914年9月，德國潛艇伏擊英國補給艦隊於航往奧斯滕德港途中。1914年9月22日，著名的奧托·魏迪根（Otto Weddigen）艦長指揮一艘U-9在一小時內，以僅有的六枚魚雷擊沉三艘克雷西級裝甲巡洋艦（排水量在12000噸左右）——克雷西號（HMS Cressy）、阿布基爾號（HMS Aboukir）和霍格號（HMS Hogue）。英國損失戰艦達36000噸，水兵1459人。23天後，他再擊沉愛德加級（Edgar-class）巡洋艦老鷹號（HMS Hawke），排水量7770噸。
一戰的四年間，德國U型潛艇共擊沉協約國船艦數百萬噸，戰績十分驚人[8]。
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凡爾賽條約制定了威瑪國家海軍的噸位總上限與持有艦種限制，潛艇在凡爾賽條約的不允許持有清單中。德國為了保存船艦設計知識，在荷蘭開設了掩護機構－船舶建設工程局，為國外繼續設計凡爾賽條約所不允許設計的艦艇。第一次世界大戰的潛艇戰經驗也被完整傳承，優秀的海軍軍官也持續改良潛艇戰術，這讓納粹德國海軍在第二次世界大戰爆發前不只有一批潛艇，還有一群熟習潛艇作戰的人材庫。這使後來納粹德國海軍得以擴張成大規模、高水準的潛艇部隊。納粹德國撕毀凡爾賽條約，擴建海軍的Z計劃是從1935年才定案啟動，無法在短時間創建出一支和英國皇家海軍全面對抗還可取勝的大型海軍，Z計劃也規劃了潛艇量產，因此潛艇重新回到德國造船廠的預定生產清單中，從1935年後進入納粹海軍戰鬥序列。德國在1939年開戰後，支持大型水面艦計劃的埃里希·雷德爾策劃的幾項重要海軍作戰被英國擊敗，希特拉因此更加重視長期耕耘潛艇部隊的卡爾·鄧尼茨與他的潛艇部隊。二戰結束前，德國共建成1150多艘潛艇[9]。
第二次世界大戰期間，德國企圖採用潛艇切斷盟軍的遠洋補給，主要目標是英國的大西洋補給線。它供應英國本土食物、工業品，和美國與加拿大來的資源和武器，攸關著英國生死。然而，德國雖然創新了潛艇科技和戰術，但隨着戰事發展和美國介入，其在戰爭中後期卻已力不從心。德國海軍運用長程無線電與本土單位傳輸指令、恩尼格瑪密碼機保障傳輸難以被盟軍解讀，和狼群戰術，讓潛艇變成殺傷力空前的武器。U潛艇先部署於某些海域搜尋敵方運輸隊，發現時不立即攻擊，而是通報其他潛艇聚攏，再如同「狼群」一般的圍攻，且基本於夜間進行。通常，運輸隊無法抵擋，尤其規模不很大者。1939年到1943年間，德國U潛艇的狼群戰術空前成功，擊沉美運英運輸船隻總噸位超過800萬噸，讓當時英國首相邱吉爾在自傳回憶錄承認，英國當時曾考慮向德國投降，但因為種種原因沒獲得戰略性的成功，英國除了開發出空中巡邏反潛戰術，增強水面運輸艦隊的護航，破解德國無線電加密技術，新科技發展，盟軍獵殺德國潛艇的成功率也逐漸增加。1943年春，U潛艇的建造能量達到頂點，但相比於盟軍護航艦隻越來越多、航空部隊投入護航，和偵查搜索科技進步（如雷達和聲納），德國潛艇部隊逐漸日薄西山，但直到德國戰敗前仍然被盟軍視為重大挑戰。
盟軍開發高頻定向儀並破解恩尼格瑪密碼機，其運輸船團因此能早些察知U潛艇，且在其集結之前先予打擊。加上海上長程巡邏機與護航航空母艦大舉量產，使盟軍對抗潛艇不只可被動護衛，還有足夠戰力轉型至主動獵殺，續航力遠低於反潛機航程的德國潛艇自此受到毀滅性的打擊。1943年3月到7月，德國損失U潛艇超過130艘，單單5月即41艘。同時期，盟軍的損失從3月的75萬噸，減少到7月的18.8萬噸。盟軍因此能夠發起隨後的火炬行動、愛斯基摩行動和諾曼底登陸[10]。
第二次世界大戰中，德軍潛艇損失807艘，擊沉盟軍商船與戰鬥艦隻2882艘，共達1440萬噸。重創者有264艘[9]。但1945年5月初，德國二戰繼希特拉後，向盟國獻降的德國總統鄧尼茲，原是二戰時德軍建戰功最大的潛水艦上將司令
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日本於1907年開始自主設計、並計劃建造潛艇[11]。而在第一次世界大戰後，因戰勝國的身份從德國取得了七艘U型潛艇，並吸收其技術，開始打造出實質可用於作戰的潛艇。1929年於台灣基隆自主生產第一艘有人潛艇西村式潛水艇[12]，大正時代日本潛艇發展迅速。因華盛頓海軍條約與戰術指導，日本潛艇走上噸位大型化的方向（艦隊型潛艇）。在第二次世界大戰開戰前，日本海軍已擁有相當威力及種類廣泛的潛艇。
相對於德國的潛艇是對抗無抵抗力的勤務艦艇或是貨運船隻，日本的潛艇設計被它們的海軍戰略給指導，更強調在太平洋上與水面艦隊偕同運用，搜索，擊沉敵軍軍艦。也由於目標是敵國軍艦，因此日本在二戰前開發了各式各樣類型的潛艇去支援潛艇戰術。隨常規潛艇之外，更包括運輸潛艇（如伊三六一型潛水艦及波一〇一型潛水艦）；水上飛機補給潛艇（伊號第三五一潛水艦）；微型潛艇（如甲標的）及人操魚雷（回天）。其中比較特別的是航空潛艇「伊四百型潛艇」，這種潛艇攜帶3架晴嵐攻擊機，可以隱密地移動到目標（當時設計的目標為巴拿馬運河的閘門）附近，然後上浮放出飛機起飛轟炸。還有一點值得關注的則是日本潛艇用的九五式魚雷（九三式氧氣魚雷衍生型）可以算得上是二戰時期最先進的潛艇用魚雷。
然而，日本潛艇的戰績卻並不如意。日本的潛艇戰術主要是對抗戰鬥艦隻而不是商船。比較而言，戰鬥艦隻防禦力量強，航速快而且更適航，由此也造成了日本潛艇戰績不佳的原因。但整個戰爭中日本潛艇仍有建樹，1942年，日本潛艇擊沉了2艘盟軍航空母艦。戰爭後期，日本潛艇除了戰鬥之外，也開始進行一些島嶼間的物品運輸工作。除了戰鬥任務之外，戰略上日本潛艇曾開往納粹德國與軸心國間進行技術交流。
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太平洋戰場上，美軍潛艇部隊可謂戰果輝煌。估計太平洋戰場上潛艇部隊只佔了全部海軍人員的2%，卻一共擊沈了全部日軍損失船隻的51%。其中最大的勝利還包括了由「射水魚」號潛艇創下的潛艇擊沉單艦最大噸位紀錄——日本航空母艦「信濃」[13]。而面對這一切，日本直到戰爭晚期才開始為商船提供護航，這也使得美國潛艇的攻擊屢屢得手。
相比於日本擁有當時世界上性能最好的潛艇用魚雷，美國使用的可以說是當時最差的魚雷——馬克14型（Mark 14）魚雷，發射深度要求為10英尺，魚雷首部為Mk VI爆炸彈頭（一種以Mk V為基本，加裝磁力引爆裝置的爆炸裝置）。這種魚雷非常不可靠，主要問題有魚雷運行過深（比應該運行的軌道深10英寸），磁性引爆器提前引爆[14]，魚雷彈頭啞火，以及更可怕的是發射之後有可能出現「回馬槍」——魚雷掉頭轉向自己游來[15]。
其中深度控制器直到1942年8月才得到改進，但通過測試則已經是1943年中旬，1943年9月列裝部隊，水面部隊的馬克14魚雷則到1943年末才被改進。而隨後嘗試取代馬克14而給潛艇列裝的電動魚雷馬克18仍然出現了「回馬槍」事故，整個二戰時期，美國潛艇因這兩種魚雷「回馬槍」問題造成了美國海軍的刺尾鯛號（被馬克18擊沉）和湖白鮭號（被馬克14擊沉）沉沒[16]。
二戰期間，314艘潛艇服役於美國海軍，其中111艘於1941年12月7日前服役，203艘貓鯊級，巴勞鱵級和丁鱥級則是在戰爭期間投入服役的。戰爭中52艘3505人陣亡於戰火之中，這是美國二戰期間陣亡率最高的部隊。同時，美國潛艇擊沉了1560艘敵艦，總共530萬噸，其中還包括8艘航空母艦在內的200多艘的戰船。[17]
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與一戰相似，英國皇家海軍的潛艇在二戰中仍扮演着封鎖港口和保護己方港口的角色。所以英國潛艇與德國潛艇不同，他們大多運作於英倫三島、德國、挪威、以及地中海淺海區域。
二戰中英國潛艇擊沉了2百萬噸級的敵國艦艇，其中包括57艘敵國軍艦。英國則損失了74艘潛艇，其中一半可能是被水雷擊沉的。[18]戰爭中英國潛艇創下了一件銘記史冊的事件——英國潛艇冒險者號擊沉2艘德國潛行潛艇，這是全世界第一次潛行潛艇擊沉潛行潛艇的案例。冒險號的艇員成功的計算出了攻擊目標的三度空間資料並計算出了應該處於的開火位置，這些算法也成為了日後現代潛艇電腦和現代化魚雷系統的計算原理。
20世紀50年代開始，隨着核動力技術的發展，核動力化的潛艇逐漸開始替代傳統的柴電動力潛艇，而氧氣也可以通過設備電解海水補充。這兩項革新使得潛艇的潛航續航力從僅僅幾小時增加到了數周乃至數月。同時伴隨材料學和焊接技術的進步，使得以前從不敢想的海下航行得以實現。1954年，美國也使全世界第一艘核動力潛艇鸚鵡螺號下水服役，1958年該艇成為世界第一艘抵達了北極點和北極冰蓋的潛艇；1960年，美國核潛艇海神號（USS Triton）完成了環球潛航[19]。對於現代潛艇來說，動力燃料和氧氣不再是限制條件，最大的限制條件變成了艦艇提供的食物和淡水限制以及封閉空間對於艇員的心理影響。
潛艇作為武器性質性改變則發生在1959年和1960年。蘇聯彈道飛彈潛艇H級和美國彈道飛彈潛艇喬治·華盛頓級先後服役參與戰略值班。自此之後由潛艇為主力的「第二次核反擊力量」誕生，這可以說是「相互保證毀滅」理論發展到的頂峰。也是從那時候，冷戰雙方都建造了一批彈道飛彈潛艇，這些彈道飛彈潛艇中蘇美任意一方所攜帶的彈道飛彈都足以數次炸平對方每個角落。根據公開的資料，1985年，蘇聯僅僅參與戰備值班的潛艇所攜帶的彈道飛彈達到了982枚[20]，而且這些飛彈至少攜帶2個當量為0.1兆噸的核彈頭。而根據美國公開的資料，冷戰時期每一艘戰備值班的彈道飛彈潛艇中都有一發彈道飛彈所攜帶的彈頭指向莫斯科，基輔和列寧格勒（今聖彼得堡）[21]。
在冷戰最激烈的時候，美國和蘇聯雙方的潛艇都在進行一種「貓捉老鼠」的遊戲。在冷戰初期，潛艇由於沒有拖拽聲吶，蘇聯潛艇為了尋找美國潛艇而時常使用「瘋狂伊凡」戰術。冷戰時期雖然雙方都沒有確實證據證明雙方開火，但冷戰時期雙方的核潛艇仍出現了不幸。蘇聯方面公開的冷戰時期沉沒的核潛艇有K-129號[22]，K-65號，K-8號，K-219號，K-27號，唯一一艘M級核潛艇K-278「共青團」號（1989年）[23][24]，而由於潛艇事故以及後期保養問題出現的嚴重事故也很多，最知名的莫過於K-19號，這個潛艇的事故被改編拍攝電影《轟天潛艦K-19》[25]。美國方面公開了冷戰中損失了長尾鯊號和蠍子號。長尾鯊號是因為試航中設備故障導致沉沒，而蠍子號的沉沒原因雖至今仍未被官方公開[26]，不過有書籍認為是被蘇聯潛艇擊沉[27]。
儘管冷戰時期美蘇雙方海下潛艇火藥味十足，但第一個真正有明確證據證明在第二次世界大戰之後被潛艇擊沉的戰鬥艦則為1971年，印巴戰爭時期巴海軍漢果號（法國Daphné級）擊沉的印度Khukri號巡防艦。在二戰之後1982年的福克蘭戰爭中，英國皇家海軍征服者號核潛艇擊沉了阿根廷的貝爾格拉諾將軍號巡洋艦，這是核動力潛艇擊沉的最大噸位的戰鬥艦隻（潛艇擊沉最大船隻紀錄為二戰時期美國海軍射水魚潛艇擊沉日本航空母艦信濃號）。
相比於冷戰北約-華約雙方的「潛艇競賽」和冷戰之後美俄雙方強大的潛艇力量來說，其他國家相比之下要顯得「溫和」得多。在二戰中奉行中立原則的荷蘭和挪威戰後收編了一些德國的潛艇為自己的海軍潛艇部隊，1946年，瑞典自行研製建造了「鯊魚」級潛艇，這種潛艇近乎直接照搬了二戰德國U-XXI潛艇，20世紀50年代，荷蘭設計建造了「海豚」級潛艇，這種潛艇不僅吸收了德國的技術，而且成為了當時正規潛艇中綜合性能較高的潛艇，使當時的世界開始矚目荷蘭潛艇技術，同時代末期，瑞典也研製出了自己的「天龍」級潛艇。60年代的1964年荷蘭研製出了「旗魚」。而到了70年代，與此同時60年代末期，瑞典研製了第一個具有本國特色的「海鷹」級潛艇。20世紀70年代後期，荷蘭研製出了「海象」級而到了80年代至90年代，瑞典荷蘭的潛艇紛紛外銷到其他海防小國。1995年，瑞典「格特蘭」號，這是全世界第一級量產型AIP潛艇。而90年代末期，荷蘭也開始了AIP潛艇的研究。
中華民國政府海軍部於1913年提出建造潛艇，隨後也規劃了一系列潛艇建造計劃，但又由於國力問題而取消[28]。中華民國政府潛艇部隊於1956年創建，從意大利購買了隨後命名為「海龍」、「海蛟」號潛艇，70年代中華民國從美國購買隨後命名為「海獅」和「海豹」號的潛艇。[29]1987年和1988年，中華民國海軍接收2艘從荷蘭購買的海龍號潛艇和海虎號潛艇潛艇。這兩艘潛艇是目前中華民國海軍公開最先進的潛艇。[30]到了21世紀初期，中華民國海軍公佈了最新潛艇國造計劃，預計建造8艘柴電動力潛艇。
中華人民共和國建國之後，開始接受蘇聯的援助。早期中國潛艇以本地生產蘇聯W級潛艇為主要型號。在中蘇關係破裂之後，中國政府開始自行研製潛艇。20世紀70年代先後服役了091型核潛艇和092型核潛艇[31][32]以及後來90年代初的039型潛艇，前兩型核潛艇由於噪音級別過大等原因造成其一直「限制使用」。而039型潛艇在不斷的改進之後則成為中國海軍潛艇部隊的主力型號。到了21世紀初期，中國政府官方則公開了093型核潛艇和094型核潛艇。
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2000年8月12日，俄羅斯的庫爾斯克號潛艇事故是冷戰後著名的潛艇艇難，事故原因是由於潛艇裝備魚雷故障在艇內爆炸造成，造成118名全部艇員陣亡。[33]
2010年5月20日韓國宣佈其浦項級巡防艦天安號被朝鮮一艘潛艇在白翎島附近海域使用魚雷擊沉。如果屬實，這將是自二戰以來第三次潛艇擊沉水面艦隻事件。但是朝鮮方面否認了這項指控。詳見天安號沉沒事件。
所有在水面上的船隻，包括在上浮之後的潛艇，都處於正浮力狀態，重量小於完全淹沒時的排水量的重力。所以如果要潛下去，潛艇必須得到更多的負浮力，也就是說潛艇或者將自身的重力大於其所受浮力，或者降低其排水量。而相對於排水量（排水的體積）的控制，對於重力的控制則完全可以通過裝備一種叫做「沉浮箱」的水箱來控制。即通過控制沉浮箱中的注水情況來改變潛艇的重力。
對於普通的下潛和上浮動作，潛艇通常用前後兩個沉浮箱來完成，這兩個沉浮箱也稱作主沉浮箱或稱主水櫃（Main Ballast Tank，簡稱MBT）。當潛艇需要下潛的時候，主沉浮箱水口完全開啟並注水以增大潛艇重力，而當潛艇需要上浮的時候，主沉浮箱的水口再次打開與此同時向主沉浮箱中注入壓縮空氣以排出箱中的水從而減小重力。主沉浮箱主要負責大幅度的潛艇沉浮動作，水箱也通常安置在漂浮吃水線以下，而如果需要更精確的控制潛艇的所處深度，則需要用深度控制水櫃（Depth Control Tank，簡稱DCT）來控制，這種水櫃又稱為硬水櫃（hard tank）或平衡水櫃（trim tank）。被稱為「硬水櫃」主要由於它們必須要承受比主水櫃更大的壓力。深度控制水櫃的水量可以控制反映變化的外部條件或改變下潛深度。這種水櫃既可以安置在靠近潛艇中心的地方，亦可以單獨安置在艇身上以防止對於艇平衡性的影響。
當潛艇下潛時，潛艇殼體通常可以承受的水壓可以達到4兆帕（相當於400米水深的壓強），而對於像阿爾法級核潛艇那樣的鈦合金外殼的潛艇則可以承受10兆帕的壓力（相當於1000米水深的壓強）。但在殼體內則要保持普通的海平面大氣壓力左右的氣壓。由於水的鹽度不同，鹽度越大的水其在同樣深度所產生的壓力也越大。在潛航中的潛艇往往處於一種不穩定平衡狀態，或者處於一種向海床下潛或者上浮到水面的狀態。控制潛艇處於一個確定深度則需要連續控制潛艇的深度控制水櫃以及整個水櫃體系。[34]
潛艇在保持固定浮力狀態時的平衡狀態並不是固有的狀態。為了維持理想的平衡性，潛艇通常用專用的平衡舵以及內部的平衡水櫃來控制。平衡水櫃內部管線連通，用水泵調整各平衡水櫃之中的水，從而調整個部分重力而創造出平衡向上與向下的力矩。
潛艇一般有三個舵，主要可分為縱舵(vertical rudder)、潛舵、橫舵(horizontal rudder)等種類。縱舵等同於一般船舶的舵，與艇身垂直設置，可以上下成對設置，轉向左舷或右舷時船體便會向轉彎方向傾斜；潛舵是用來控制深度的舵，若向上操舵，潛艇就會上升，向下操舵則下潛；橫舵是用來控制潛艇的姿態角(attitude angle)。[35]
最早期曾經嘗試過做為潛艇動力來源的有壓縮空氣、人力、蒸氣、燃油和電力等等。而真正成熟的第一種潛艇動力來源是以柴油引擎配合電動馬達做為共同的動力來源。
第一次世界大戰之前，潛艇開始使用柴油機配合電動馬達作為潛艇的動力來源。柴油機負責潛艇在水面上航行以及電瓶充電的動力來源，在水面下，潛艇使用預先儲備在電瓶中的電力航行。由於電瓶所能儲存的電力必須提供全艦設備使用，即使以低速航行，也只能維持一段短時間，之後必須浮上水面充電。後來出現的呼吸管提高了潛艇的潛航能力。
呼吸管在第二次世界大戰前由荷蘭開發出來，其後由德國進一步改良並應用在他們的潛艇上。呼吸管的基本構造是以可伸長的通氣管將外界的空氣引導至柴油引擎，並排出引擎產生的廢氣，另外再附加防止海水進入以及將進入的海水排除的管線。通過使用呼吸管可以讓潛艇在潛望鏡深度情況下使用柴油機，這樣潛艇就不必浮出水面即可補充電力。
呼吸管的使用大幅改善了當時潛艇的作業方式與彈性。在使用呼吸管以前，潛艇進行換氣和充電的作業必須浮出水面，為了安全考量只能在夜間進行。採用呼吸管之後，潛艇只需將呼吸管伸出海面就可進行充電，不僅降低了潛艇被發現的概率，也擴展了潛艇可以充電的時機。但呼吸管並非完美，因為柴油引擎運作時會產生顯著的廢氣，天氣晴朗時可以在3海浬外以目視尋獲[36]；伸出潛望鏡製造出來的浪花（periscope feather）也可由水面搜索雷達給判斷。針對裝備呼吸管的潛艇威脅，盟軍利用海上巡邏機攜帶可以辨識出潛望鏡雷達散射截面的雷達去尋找潛艇管，即使無法擊沉潛艇，至少也要迫使它無法充電而沒有能力持續的追蹤與攻擊。
核動力是繼柴電動力之後發展的又一種動力。核動力的原理是應用核子反應堆產生的高溫讓蒸汽機中產生蒸氣之後驅動蒸汽渦輪發動機，來帶動螺旋槳或者是發電機產生動力。最早成功在潛艇上安裝核子反應堆的是美國海軍的鸚鵡螺號潛艇。目前全世界公開宣稱擁有核動力的國家有6個[37]，其中以美國和俄羅斯的使用比例最高。美國甚至在1958年宣佈不再建造非核動力潛艇。
核動力潛艇相比於傳統的柴電潛艇，具有動力輸出大，動力續航高（由於核動力潛艇的燃料的補充更換通常在10年以上，相比於僅僅幾周或幾月的柴電動力潛艇要大大增加，所以也通常被視為無限續航），速度快等優點。但核動力潛艇卻有技術難度大，穩定性差，建造費用高，噪音大以及維護要求高的缺點。由於柴電潛艇和絕氣推進技術的發展，核動力潛艇已經不再是先進潛艇動力的唯一標準。
AIP是Air-Independent Propulsion的簡稱，中文稱為絕氣推進。1930年，德國華特（Walter）博士提出以過氧化氫做為燃料的動力機系統，經過數年的研究和試驗，在二戰末期，華特發明了「華特式動力機」，其原理是應用燃燒過氧化氫推動內燃機工作，由於過氧化氫燃燒產生氧氣，所以不需從外界補充氧氣。早期的華特式動力機並不可靠，因為過氧化氫容易發生自燃反應，因此德國只生產了幾艘以過氧化氫為動力的潛艇XVIIB。
第二次世界大戰之後，許多國家開始研究其他可能的替代動力來源，以延長潛艇在水面下持續作業時間。如在柴電動力的基礎上自帶氧化劑或者是其他不需要氧氣助燃的設備，或是由新的動力來源為電瓶充電與驅動電力馬達。
儘管絕氣推進大大提高了柴電動力潛艇的能力，但由於過氧化氫等氧化劑的穩定性差，使得絕氣推進的安全性常被質疑。實際上無論早期華特的試驗還是二戰後美國、蘇聯的深入研究，都出現了或多或少的事故以及問題。
現代絕氣推進裝置類別主要為空氣封閉柴油引擎、閉式循環汽輪機、斯特靈閉式引擎以及燃料電池等，核動力在技術上也屬於絕氣推進技術的一種。[38]
由於電磁波在水中衰減的速率非常的高，無法做為偵測的訊號來源，以聲響訊號探測水面下的人造物體成為運用最廣泛的手段。
聲納的英文原名SONAR來自於「音響導航與測距」（sound navigation and ranging）的縮寫，無論是潛艇或者是水面船隻都利用這項技術的衍生系統探測水地下的物體或者是做為導航的依據。
聲納系統可以大致上分為兩類：主動與被動。主動聲納會自己發生音響訊號，藉由這個訊號接觸物體後反射回來的變化，做為計算這個物體的相對方位與距離的資料。被動聲納的作用和收聽裝置極為相近，不發出任何訊號，只接收來自於周遭的各種音響訊號來判斷與識別不同的物體。
傳統上潛艇安裝聲納的主要位置是在最前端的位置，由於現代潛艇非常依賴被動聲納的探測效果，巨大的收音裝置不僅僅讓潛艇的直徑大增，原先在這個位置上的魚雷管也得乖乖讓出位置而退到兩旁去。
其他安裝在潛艇上的聲納型態還包括安裝在艇身其他位置的被動聲納聽音裝置，利用不同位置收到的同一訊號，經過電腦處理和運算之後，就可以迅速的進行粗淺的定位，對於艇身較大的潛艇來說比較有利，因為測量的基線較長，準確度較高。
另外一種聲納稱為「拖曳聲納」，因為這種聲納裝置在使用時，以纜線與潛艇連接，聲納的本體則遠遠的拖在潛艇的後面進行探測，拖曳聲納的使用大幅強化潛艇對於全方位與不同深度的偵測能力，尤其是潛艇的尾端。這是因為潛艇的尾端同時也是動力輸出的部分，由於水流的聲音的干擾，位於前方的聲納無法聽到這個區域的訊號而形成一個盲區。使用拖曳聲納之後就能夠消除這個盲區，找出躲在這個區域的目標。
潛艇和水面艦隻在航行中，由於馬達，螺旋槳以及艇體形狀的不同，會產生固定頻率的回波，這種類似於人指紋的回波被稱爲聲紋，現代聲納接受到信號後和聲紋數據庫中的信號比較就能確定對方是哪一級別甚至具體是哪艘潛艇或艦隻，然後根據對方的特性識別敵友並作出最好的戰鬥判斷。
潛望鏡使用在潛艇上的歷史比聲納還要久，美國南北戰爭期間使用的龜形人力小潛艇已經使用類似簡單潛望鏡的光學裝置作為航行時的導航依據。
潛望鏡利用光學鏡面反射的原理，在一個長管子的兩端安裝鏡片，上端的鏡片會將面對的影像向下反射，位於底部的鏡片將反射過來的影像作第二次反射，觀測人員透過底部的反射鏡就可以看到上方鏡面對準的方向上的影像。透過這個裝置，潛艇內部的人員可以對周遭的環境進行肉眼的實際觀測。在作戰上，潛望鏡也是辨識目標種類與敵我的重要手段。
潛望鏡通常提供兩種倍率，一種放大倍率較小但是視野範圍較廣，適合快速的搜索週遭的海域，另外一種倍率較大，提供潛艇識別與判斷目標動向的能力。二次大戰以後有些公司推出的產品將兩者的功能分開到個別的搜索和攻擊潛望鏡上。在肉眼觀測的部分另有刻度協助觀測者根據可能的目標型態進行粗淺的距離判斷。在二次大戰後期美國開始在潛望鏡上搭配測距雷達，另外一種測距儀是測量水平線與一個已知物體高度間的夾角的間距儀（Stadimeter）。近代的另外一種替代產品則是雷射測距儀。
潛望鏡在不使用的時候會降入潛艇的帆罩（Sail）當中以縮小突出的距離，當需要使用的時候，潛艇首先必須改變深度到較淺的海域，才能夠使潛望鏡伸出水面進行觀測，這個操作深度範圍一般稱為潛望鏡操作深度，實際上的高度則要看每種潛艇與潛望鏡搭配而定，在這個深度範圍上潛艇有可能和水面船艦發生碰撞，因此潛艇通常需要先以被動聲納判斷附近船隻的情形，避開可能發生碰撞或者是被目視發現的可能。
現代的潛望鏡除了提供更好的觀測效果以外，也增強在惡劣天後與夜間觀測的能力，配合一般光學攝影機、紅外線攝影機或者是低光度電視攝影機等的協助，潛艇在操作潛望鏡的彈性上遠勝於過去，錄製下來的影像以電子訊號儲存後，還可以事後的分析與情報的擷取。近代潛望鏡設計上的一個大挑戰是操作速度的提升，由於需要在較高的航行速度下操作，同時維持影像的穩定，各公司以不同的方式去克服高速下帶來的震動與其他的問題，其中一種常見的設計為加大潛望鏡尺寸以提高對震動的吸收能力。
潛望鏡可以說是造成潛艇失去隱敝性的一大元兇，必須突出海面操作的先天弱點，在二次世界大戰後期首度被盟軍利用來發現德國的U-潛艇。盟軍的巡邏機以特殊的雷達偵測突出海面的潛望鏡產生的回波，加以定位之後迅速發動攻擊，如此一來讓潛艇利用夜間在水面充電或者是進行攻擊受到很大的限制，德國曾經試圖利用一些塗料降低潛望鏡的雷達波反射強度，不過效果不高。現代潛艇多半在攻擊潛望鏡上加裝雷達預警接收器（Radar Warning Receiver, RWR），提供威脅警告。
為了讓潛艇觀測人員能在漆黑夜色中用潛望鏡觀測目標，潛艇內部的燈光會調成紅燈，以此減低眼睛暗適應的影響。
雷達在第二次世界大戰初期開始出現在水面艦艇上面，潛艇也在稍後開始配備，協助於夜間或是不良天候下的搜索。潛艇的雷達在不使用的時候和潛望鏡類似，要降低高度貼近帆罩的位置，或者是具備摺疊的天線能夠收進船帆當中，由於雷達天線的高度以及大小，搜索距離不會很遠，效果也比不上一般水面艦艇的搜索雷達，但是這項裝備提供更廣泛的偵測效果，現代的潛艇上幾乎都看得到。
雷達雖然好用，然而他發出訊號的必然缺點也導致潛艇在使用雷達上必須謹慎小心，以免被敵人做反偵測與定位的訊號來源。
德國在第二次世界大戰後期在潛艇上加裝專門探測盟軍巡邏機上的搜索雷達的電子設備，這種電子支援裝置（Electronic Support Measurment，ESM）算是近代潛艇裝置電子偵測設備的起源。除了自衛的需求之外，潛艇還可以利用不同的電子支援與偵測裝置進行對敵人的通訊，雷達或者是其他的無線電訊號的監視與搜集。
冷戰開始之後，各國紛紛利用潛艇隱密的特性，配合各類電子偵測裝置搜集情報，這又以美國和蘇聯之間進行的最為激烈，美國不僅僅派遣潛艇到蘇聯的沿海搜集資料，還讓潛艇在蘇聯的海底電纜上面放置竊聽錄音系統，獲得許多重要的情報。
即使在今日，潛艇依舊是一個非常重要的電子情報搜集工具。
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現代潛艇通常來說是雪茄型的，這種設計相比於最早海龜號的「蛋型」已經有了很大改變，這樣的殼體也通常被稱為「水滴型殼體」。經過了很長時間的發展，潛艇設計者們發現水滴型殼體是目前發現的水下阻力最小殼體形狀，但不得不說的是這種形狀卻在海面漂浮時抵禦海浪的能力也較差一些。早期的潛艇由於推進力的限制，其水下的速度不會超過10節，作戰方式是平時在水面航行，發現敵情後潛水航行，所以早期潛艇的外形都是不嚴格的「雪茄型」，其所產生的額外水阻力也是可以接受的。直到第二次世界大戰末期，德國潛艇研製技術和思想都得到了巨大的改變，他們開始注重水下航速並且第一次建造出了水下航速比水上還要快的潛艇——XXI級，隨後又建造出了XXIII級。這兩種型號的潛艇不但使用了近水滴型殼體，而且第一次撤銷了潛艇甲板上的甲板火砲，艦橋部分也「近流線型」，這樣潛艇不僅更快而且相比於當時盟軍的潛艇更加安靜，在水下的戰鬥力更強。現代潛艇在水滴型外殼外面通常都要鋪設消聲瓦，實際上是一種降低本艇聲音輻射以及吸收外部聲波的材料，使得潛艇更加安靜。
潛艇上部突出的艦橋圍殼部分可以增長潛望鏡和無線電天線的使用長度。通常來說，艦橋圍殼內通常都有無線電設備，雷達，電子戰設備，通氣管等設備。在早期的潛艇中，指揮艙都會在潛艇的艦橋圍殼之中，所以潛艇艦橋圍殼通常也被稱為「指揮塔」。不過現在的服役的大多數潛艇的指揮艙通常在潛艇之中，而艦橋圍殼現在通常的作用則是通風，作為設備艙以及用於視覺觀測的地方了。
在現代的軍用潛艇結構的發展大致分為兩個「流派」——單殼體結構與雙殼體結構。單殼體結構顧名思義就是以一層殼體承受艇外壓力，維持艇內氣壓。而雙殼體則是在殼體外面再加裝一層殼體，這層殼體被稱為「外殼體」，「輕殼體」通常也被稱為「非耐壓艇體」。這個外殼自身不承受壓力，其內部的殼與單殼體結構一樣承受外壓維持內壓。
早在一戰時期，潛艇最適於航行，並且能夠很好抵擋外部水壓同時又要簡化製造工藝的方法只有在外形上改變水滴型外形或者使用雙殼體。雙殼體的主要目的就是：外殼保持艇型，內殼維持壓力。直到二戰末期部分潛艇的上甲板部，船首和船尾仍然加裝一個很薄的外殼以維持外形。德國的U-XXI型是第一種完全雙殼體結構的潛艇，而盟軍仍然採用部分雙殼體的結構。
二戰之後，盟、蘇雙方在潛艇的結構上開始分離。蘇聯將原來的與盟軍相似設計結構設計方式轉為了雙殼體結構。值得一提的是從「鐵幕」落下至蘇聯解體，乃至現在，雙殼體結構仍然是蘇聯/俄羅斯潛艇設計結構的「必須結構」。相比之下，美國以及其他西方潛艇則開始轉向全面單殼體的設計方式。通過材料學以及流體動力學的長期進步，西方潛艇普遍做到了以單耐壓艇體抵抗壓力，維持形狀和內壓得能力。西方潛艇雖然稱為單殼體結構，但實際上大多數潛艇的艇首和艇尾需要加裝一層「輕殼」。
雙殼體的優勢在於對耐壓艇體材料要求度比單殼體要低很多，而且可以佈設很多耐壓設備，諸如聲納探頭佈設非耐壓艇體中，這樣不僅減小耐壓艇體內的空間而且還能大大減小耐壓艇體由於運轉這些設備時產生抗壓力下降和耐壓艇體形變。在實戰中，潛艇一旦受到震盪，撞擊等時候，外部殼體雖然可能遭到毀滅打擊，但由於其有效保護了內部耐壓艇體，造成潛艇的安全性得到有效保護。同時外殼體內部加裝消聲材料也可以大大降低內部噪音，提高安靜能力。再有就是雙殼體結構的潛艇儲備浮力都很大，抗沉性都普遍高於單殼體潛艇。
不過相比之下，雙殼體的弊端也非常凸現。首先雙殼體潛艇的排水量都偏大，這造成了潛艇阻力和噪音的增大。其次雙殼體結構的焊接工藝的要求和耗費要比單殼體高很多，這樣無形中增加了潛艇的製造周期和降低性價比。但值得一提的是，蘇聯曾考慮過製造單殼體的阿爾法級核潛艇以提高其航速和減小排水量，而美國近些年來也開始打算製造雙殼體結構的潛艇以提高裝載能力，安靜性和操作性。[41]
魚雷是潛艇使用的武器當中最普遍也是歷史最悠久的一種。直到目前為止，魚雷仍是潛艇最常見的武器。
在第二次世界大戰中期以前，魚雷是沒有任何制導裝置，發射出去之後只能依照設定的方向與深度持續前進，直到動力用盡或是與目標接觸為止。中期以後魚雷開始有最初的制導系統協助提高命中率，即使如此，魚雷在二次大戰結束前的主要目標還是水面艦艇。
二次大戰之後魚雷的發展趨勢有兩個主要的方向。第一個方向是制導系統的引入與成熟化，第二個方向是在動力系統上的改進以提高射程和速度。目前魚雷的制導系統當中最普遍的是聲納，可以說絕大多數的魚雷都是使用聲納搜索與追擊目標，另外一種則是以水面船隻通過之後留下的浪跡作為制導的訊號來源。在制導的型態上面又分成有線與無線兩類。
有線制導魚雷多使用在潛艇上面，顧名思義，魚雷的後端有導線與潛艇相連接，在發射之後潛艇的射控系統得以將控制指令經由導線傳遞給魚雷，這樣可以利用更精確的控制魚雷攻擊目標。必要的時候，潛艇可以直接切斷導線，讓魚雷自行以主動聲納標定與攻擊目標。
無線制導魚雷多使用在水面艦艇和火箭助飛魚雷上面，魚雷在發射進入水中之後立刻以主動聲納搜索，發射的飛機或者是船艦對這枚魚雷不再有任何控制的能力。
二戰結束前的潛艇多在前後都有魚雷發射管，除了提高魚雷的總攜帶量以外，還可以增加潛艇的發射火力。這個設計在二戰之後逐漸消失，取代的是集中在艇首的魚雷發射管。隨着聲納的體積與空間的需求改變，艇首的位置又被聲納所取代，因此近代的潛艇的魚雷管的配置位置很多是在接近艇首的兩側。
潛艇上發射魚雷的方式有兩大類：氣壓射出與自行游出。氣壓射出就是說利用壓縮空氣與活塞作用的原理，將魚雷由發射管彈射出去。自行游出是讓魚雷以自己的動力離開發射管。
魚雷的引爆方式也有兩種：接觸引爆與磁性引爆。魚雷對於水面船隻產生殺傷力的最主要來源是水壓的劇烈變化引發船隻結構受損，而非直接撞擊船隻在水面下的部分。一般魚雷多有這兩種引爆方式。
潛艇用魚雷攻擊前，一般使用向量三角形來計算目標的速度、移動的位置，潛艇須朝未來位置發射魚雷，依據目標航線、速度，計算後以得出與魚雷發射後的相會之處。攻擊過程一般分為「接觸」、「攻擊」、「迴避」三個階段，潛艇必須一邊接觸敵人，一邊進行目標運動分析，等到達發射地點時再擊發魚雷，發射魚雷後便要立刻脫離戰場迴避。[42]
火砲是早期潛艇的主要武器之一。早期潛艇的噸位較小，攜帶的魚雷數量有限，火砲的作用在於輔助魚雷，增強潛艇的火力。一般來說，潛艇上的火砲主要是用來警告無武裝的船隻停止下來接受檢查或者是攻擊無武裝的船隻以節省魚雷的消耗量。 第二次世界大戰末期，為了要對付盟軍的反潛機，德國的U潛艇還加裝專門對空射擊的高射機槍或是高射機砲。大戰結束之後，火砲逐漸從潛艇上消失，現在的潛艇已經完全看不到任何火砲的設置。
二次大戰中最有名的潛艇火砲當屬德國使用的88毫米砲，他之所以會有名是因為很多人誤以為這款火砲也同時被德國陸軍做為高射砲與反坦克砲。其實除了口徑相同之外，這一門火砲和陸軍的88砲是沒有關係的。
飛彈使用在潛艇上是在二次大戰之後的新發展，不過最早的試驗還是在二次大戰時期，德國企圖將V2火箭由U-潛艇上發射，只是這個試驗並未實用化。
目前最常見的潛艇發射（潛射）飛彈包括：潛對地彈道飛彈，潛對地遊弋飛彈以及潛對艦反艦飛彈這三種。潛對空飛彈有少數國家嘗試安裝使用，採取的方式是將單兵使用的攜帶型防空飛彈改裝到潛艇上面，發射的時候依照改裝的方式，潛艇可以在水下或者是必須在水面上操作。基本上潛射對空飛彈目前不普遍也不算非常實用。
潛艇發射的反潛飛彈嚴格來說不算是飛彈，因為有制導裝置在推進火箭前端的魚雷，火箭本身只負責推送魚雷到指定的區域，在功能和作用上與水面艦艇使用的反潛火箭相同。
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以潛艇作為佈置水雷的載具相當常見，利用潛艇隱密的特性，到指定的水域部署攻擊性或者是防禦性的水雷網。早期的水雷有利用魚雷管發射佈置，或者是外掛在潛艇的艇身以外。現代的潛艇則都是利用魚雷管布放水雷。
潛艇即使在浮出水面時，提供艇上觀測的高度遠低於一般的水面艦艇，因此在配備雷達與其他電子搜索裝置以前，潛艇的有效偵測距離相當的短。為了改善這個缺點，搭載艦載機作為輔助觀測手段曾經被許多國家考慮過。
最早將潛艇與飛機搭配使用的是一次世界大戰時的英國與德國海軍，他們將水上飛機裝載於潛艇上，當潛艇下沉之後就可以讓飛機自行起飛。完成任務之後，飛機可以選擇返回陸上機場，或者是在海上降落，在乘員脫離之後將飛機鑿沉。
二戰時期納粹德國海軍曾少量使用無動力自轉旋翼機－「Fa-330」執行偵查與導航。「Fa-330」與直升機類似，但構造簡單的多。觀測員坐在沒有機身保護的座位上，頭上是三葉旋翼，操縱裝置僅能控制旋翼的共同傾角以及方向舵，升力源自潛艇纜繩牽引產生的氣流，同時纜繩內嵌電話線以便觀測員與母艦通訊。「Fa-330」平時可摺收存放，使用時可以迅速組裝完成。在盟軍反潛機數量與涵蓋範圍大增後，「Fa-330」不能對其預警而使效果不彰[43][44]。
1934年法國海軍的「速科夫號潛艇（N N 3）」是潛艇搭載艦載機成功但不成熟的例子，「速科夫號」搭載一架「貝松MB.411（Besson MB.411）」水上飛機可拆解收納於指揮塔後方的機庫，後方配有起重機協助起降回收作業。搭載「貝松MB.411」主要目的是作偵查用，但實際上卻很少使用上，甚至機庫常未搭載該機而代作倉庫。「速科夫號」服役時是當時最大的潛艇，全長110公尺，全寬9公尺，除了有專門搭載的艦載機與其機庫外，指揮塔前還裝配了一座應只有水面艦艇才會配上的203毫米連裝砲，並有12具魚雷發射管，並可裝載數艘小艇，水中排水量達4,304噸，因為是潛艇未受當時的華盛頓海軍條約才能有此規格，開發的目的是要斷切敵方海運路線，據說其自恃力可達90天。儘管「速科夫號」有如此驚人的設計，但本身卻極少參戰，不少專家認為該艦本身就大幅欠缺戰術實用性，不論是203毫米連裝砲還是貝松MB.411水上飛機其準備作業都過於複雜且耗時，極難有效展開攻擊，而龐大的艦身並搭載不利潛水的巨砲讓其隱蔽性大減。「速科夫號」最終在1942年2月18日於巴拿馬運河附近沉沒，船員全數罹難，肇因美國與法國最初的調查報告是其在高速航行時被一艘美國貨輪撞上，但後來法國另有一份調查報告認為是受到美國飛機意外的攻擊造成[45]。
至今潛艇搭載艦載機成熟度最高的例子是二戰時期大日本帝國海軍打造的「伊四〇〇型潛艇」。「伊四〇〇型」設計上能搭載3架「晴嵐攻擊機」，「晴嵐」平時可拆解收納於指揮塔內的隧道式機庫，機庫艙口設於指揮塔前部並有一具飛機彈射器固定於艦首甲板上，起飛準備作業預計最快僅需3分鐘，艦內裝配溫度足夠隨時可讓「晴嵐」使用的燃料槽。「晴嵐」是1943年研發完成的潛艇搭載用水上艦載攻擊機，可掛載一枚800公斤的魚雷或炸彈，最大航程達1,540公里，機翼可翻折與機身貼合，浮筒另外收納。由於「伊四〇〇型」設計上僅內建簡易起重機，不易將「晴嵐」回收艦內，因此計劃「晴嵐」完成任務後通常飛往附近有回收水上飛機功能的艦艇或水上飛機場進行回收而不返回母艦，如果無法到可回收的地方，機員則會降落在水面待由母艦或其他艦艇接送後將機身鑿沉拋棄，而其浮筒亦可在飛行中拋棄以強化性能，除了測試與演習，或是罕見的許可狀況，「晴嵐」一般是沒計劃返回「伊四〇〇型」內。「伊四〇〇型」完工後成了至今最大的常規動力潛艇，全長122公尺，全寬12公尺，水中排水量達6,560噸，自恃力預計達120天。1943年到1945年間日軍共完工3艘「伊四〇〇型」（伊四〇〇、伊四〇一、伊四〇二），另外3艘同型艦（伊四〇三、伊四〇四、伊四〇五）因各原因而最終停止建造並解體，並變更計劃改裝部分「伊九型潛艇」為可搭載2架「晴嵐」的「伊十三型潛艦」。原本下令研發「伊四〇〇型」的山本五十六將軍是計劃用其攻擊巴拿馬運河以斷絕盟軍運輸捷徑，然而在「伊四〇〇」完工下水了時日軍的戰力與經濟已每下愈況，「山本」也已遭伏擊陣亡，原先的計劃已無意義。1945年7月23日「伊四〇〇」與「伊四〇一」「晴嵐」滿載前往波納佩計劃攻擊烏利西環礁執行首場任務途中日本宣佈投降，兩艦艦長下令拋棄所有魚雷與艦載機後艦隊被美軍發現接收，同年10月返回佐世保，1946年1月兩艦被美軍帶回美國本土作技術調查，最後在夏威夷近海做靶艦擊沉，「伊四〇二」則在港內因空襲受損，維修中迎接終戰，1946年4月1日在東海被美軍做靶艦擊沉。雖然「伊四〇〇型」未成功執行過任一場任務，但一些專家分析依當時的軍事技術「伊四〇〇型」也許能做出有效的戰略打擊，其設計上的戰術實用性遠比「速科夫號」高得多，也讓「伊四〇〇型」被最多人公認的「航空潛艇」，假若「伊四〇〇型」有成功出擊過，可能對戰局過程產生影響。雖然「伊四〇〇型」已全遭擊沉，日軍當時的資料也盡乎銷毀，其機密技術已失盡，但卻帶給世人以潛艇執行攻擊地面的概念，間接促成今日的彈道飛彈潛艇開發[46][47]。
儘管現在並無任何潛艇設計上可裝載飛機，雷達等電子偵蒐系統讓潛艇自身有足夠的偵察能力，「伊四〇〇型」帶來的新概念也被將艦載機換成飛彈來延續，但在潛艇搭載飛機的想法並未徹底斷絕，仍有少數開發潛艇艦載機甚至航空潛艇想法的計劃，但都因技術困難度與成本過高等問題而無告而終。在大眾文化的作品裏，有不少虛構的潛艇設定上有搭載艦載機。
軍用潛艇有幾種分類方式。可以按照潛艇大小分類為：大型（排水量在2000噸以上）、中型（排水量在600－2000噸）、小型（排水量在100－600噸）和袖珍（排水量在100噸以下）潛艇。若按照使命分類，則可分為攻擊型潛艇、遊弋飛彈潛艇和彈道飛彈潛艇。按船體結構分類的話，有雙殼潛艇及單殼潛艇（詳細參見結構一段）。若按潛艇動力分類，則可分為柴電潛艇、核潛艇（詳細參見動力一段）。
自從海龜號嘗試攻擊敵艦之後，潛艇就一直被視為一種海下攻擊的利器。所謂攻擊型潛艇其實是區別戰略型潛艇而論的。這種潛艇主要的是以攻擊敵方船隻，潛艇等海上及海下目標為主要任務。通常很少具備，或僅僅擁有很少量級的對陸對空能力。這些潛艇主要的武備從早期的「鑿船鑽」，「觸爆炸藥」逐漸發展，直到一戰前，魚雷、水雷、以及甲板砲成為了潛艇的標準配備武器。隨着二戰後其德國U-潛艇的水下高速化發展，甲板砲自U-XXI型之後退出了歷史舞台。
隨着二戰的結束和冷戰「鐵幕」的落下，攻擊型潛艇以其相對廉價，穩定性強以及其本身的攻擊性成為了當時美蘇雙方偵查情報，探尋追蹤敵方戰略潛艇（彈道飛彈潛艇）的重要武器。尤其在核動力登上潛艇之後，攻擊型潛艇可以說進入了一個新紀元，當鸚鵡螺號下水服役之後參與的演習，讓當時所有反潛專家驚訝其性能，二戰時期的大多反潛方式都無法對抗鸚鵡螺號[48]。自此之後美國宣佈不再建造任何正規動力潛艇。而相對於美國來說，蘇聯的潛艇安靜度一直與美國潛艇有一定差距。但世界上普遍認為美國建造的海狼級核潛艇和蘇聯建造的阿庫拉-獵豹級核潛艇都代表了當前單殼體攻擊型潛艇和雙殼體攻擊型潛艇的最高水平。
因為研發出可以用魚雷管發射的巡航導彈，所以沒有專用的導彈發射器的攻擊型潛艇，在上世紀七十年代晚期起，成為了潛在的戰略武器被受到器重。
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隨着潛艇的發展，而另一種武器——飛彈則成為了潛艇發展的另一個方向，其中潛射彈道導彈發展較早和成熟。V-II飛彈成為了德國人理想潛艇的利器，二戰後期德國人曾開始研究將潛艇安裝上飛彈，而這個研究項目的資料也隨着戰爭的發展而成為了美國人的戰利品。
彈道飛彈潛艇是冷戰「相互保證毀滅」思想的重要工具。旨在當我方遭受到敵方毀滅性的核打擊，陸射彈道飛彈和空基戰略轟炸機等核武器投射力量已經被毀滅之後，彈道飛彈潛艇作為隱蔽的核攻擊力量給與敵方毀滅性的打擊，這被稱作「第二擊」。
自從二戰時德國試驗潛艇發射V型飛彈的試驗資料英國、美國、蘇聯皆有得到片段資訊，各國在二戰後都積極於潛艇發射飛彈的實驗。美蘇經過了早期遊弋飛彈的試驗之後，雙方都開始了潛艇發射彈道飛彈的研究。尤其是美國，由於1964年至1970年代，美國的潛射彈道飛彈技術突飛猛進，此段時間潛艇裝設的飛彈關注重心都放在彈道飛彈計劃，擱置了遊弋飛彈的開發項目。而在更之前的1959年，美國第一個彈道飛彈核潛艇喬治·華盛頓號彈道潛艇投入服役。配備了射程2,600公里的UGM-27北極星飛彈。而相比之下蘇聯在彈道飛彈潛艇技術在很長久一段時間都落後於美國，蘇聯的第一艘彈道飛彈潛艇（G級）雖然在1957年下水服役，比華盛頓號早，但其動力則為柴電動力，而且其裝載的P-11ФM飛彈射程僅為150公里，改裝之後也才560公里，同時也不能進行水面下發射。在1970年代時，美蘇兩國的彈道飛彈潛艇數目與搭載裝有核子彈頭的彈道飛彈力量都突飛猛進，而相比較於美蘇來說的其他國家則相形見絀。
在幾個核武器主要持有國，英國的彈道飛彈潛艇在1963年北極星飛彈出售協議簽訂後，得到美國的政治承諾與技術分享，因此並未持續投資在開發國產彈道飛彈，而決定全面採用美國開發的北級星飛彈和三叉戟系統作為本國的第二擊工具。法國和中國則決定採獨立發展的路徑獲得完全的核戰力自主。法國自行研製的第一代彈道飛彈潛艇可畏級核子彈道飛彈潛艇於1971年服役，第二代凱旋級核潛艇在1990年代服役取代舊型艦。中國自行研製的092型潛艇於1981年下水，配備的巨浪-1型飛彈系統則是到1990年代才完成驗收開始量產。解放軍第二代核子彈道飛彈潛艇則是094型核潛艇，該潛艇使用的是巨浪-2型飛彈。[49]
遊弋飛彈潛艇是冷戰開始時問世的潛艇種類，最初也採取水上發射設計。但受到遊弋飛彈制導設計的高技術門檻，因此配備的進度晚於彈道飛彈潛艇。水下發射技術在彈道飛彈潛艇開發過程中已完成突破，精密目標制導科技與小型推進發動機則是在1980年代後逐漸成熟，冷戰後遊弋飛彈日益普及，成為潛艇的主力武器之一，而一些彈道飛彈潛艇也改變用途，作為專用於投射遊弋飛彈的載台。
1964年2月，美國在SS-348鱈魚號上安裝「天獅星遊弋飛彈」，進行了發射試驗並取得成功。然而，開發核武器與二次打擊戰略的指導，潛射彈道飛彈成為美軍開發的優先項目，潛射遊弋飛彈無論是射程或是精度上都無法得到軍方垂青，因此暫時被擱置。
相對於美國，蘇聯在開發遊弋飛彈上一直投注很大的心血，但是它們並非要對抗陸上戰略目標，而是要對抗海上的戰略目標：航空母艦戰鬥群。蘇聯是將遊弋飛彈潛艇作為長程反艦飛彈的載臺。
由於蘇聯評估它們缺乏足夠能力去消滅以美國為首的北大西洋公約組織國家水面艦隊，而這些艦隊是西方國家控制海權的重要關鍵，因此蘇聯千方百計地在開發反航母戰術。在蘇聯的反航母戰術教條中，可以在美國航母戰鬥群外發動攻勢的長程反艦飛彈被蘇聯人視為最理想的反擊武器，而這種武器的最佳投射者為轟炸機與潛艇。1956年，蘇聯海軍將一艘W級潛艇改裝攜帶SS-N-3C型飛彈並且成功進行了發射試驗，隨後蘇聯開始研製了第一級遊弋飛彈潛艇E級核潛艇，自此之後蘇聯發展了一系列遊弋飛彈潛艇。到了奧斯卡級核潛艇，蘇聯發展的遊弋飛彈潛艇非常完整。
美國重新為潛艇配備遊弋飛彈是在戰斧遊弋飛彈開發成功之後，由於精準打擊武器的效果在測試中已被認可，在1990年代以後的戰爭中備受肯定，美軍將各種軍事載臺皆整合了遊弋飛彈的發射功能。最早的遊弋飛彈潛艇是洛杉磯級攻擊型核潛艇後期型，她們配備了12管戰斧遊弋飛彈發射管。隨後因核武控制協議的管制加強，美軍的戰略核子彈道飛彈潛艇總數超過需要佈署大量的洲際彈道飛彈規模，因此在2002年9月，美國將4艘俄亥俄級核潛艇彈道飛彈發射管改造為遊弋飛彈發射管，作為遊弋飛彈潛艇運用。而一般的核子攻擊潛艇美軍也開發了專用發射管套件，讓所有的攻擊潛艇都有遊弋飛彈的投射能力。
直至2004年全世界各國官方宣稱擁有軍用武裝潛艇的國家（排名不分先後）：[50]
潛艇最早原本就是用於水下探秘的一種工具。最早潛艇則是由潛水鐘發展而來，潛水鐘通常自身沒有動力，需要水上船隻托拽行進。但後來潛艇的軍事化使得潛艇的民用用途一度停滯。
隨後伴隨二戰結束以及對於海洋科學研究的興起，民用科研潛艇復興。在民用科研潛艇上，美國和日本的技術發展最為先進。1960年1月23日，美國人皮卡爾和沃爾什乘「里亞斯特—2」號，在太平洋的馬里亞納海溝潛到了10916米的深度，創下了載人潛水器下潛深度的世界紀錄。1995年，日本「海溝」號在世界最深的馬里亞納海溝進行了水深達10970米的潛航，創下了無人潛水器的最深下潛紀錄。[51]
隨着科技的發展和潛艇市場的開放，觀光潛艇成為了一些富人的新式「移動豪宅」，同樣也成為了一些靠海的熱門旅遊地的海峽觀光設備。2007年7月，美國潛艇公司為俄羅斯富商，英超球隊切爾西老闆阿布建造完畢了一艘豪華水下遊艇「鳳凰1000」。這艘潛艇長65米，觀景窗寬4.5米，可達到300米深度，室內總面積為460平方米，生活和娛樂設施一應俱全，包括會議廳、海底電話和衛星電視。據該公司稱，如果客戶需要，潛艇內部的豪華設備還可以包括按摩浴池、健身室、酒窖以及最多10個臥室。甚至可以設立一個艇內籃球場。公司宣稱這種潛艇甚至可以躲避核戰爭，而價格則達到了8000萬美元[52]。
2006年，為了參觀洞庭湖下的水下宮殿，千島湖天清島度假酒店出資3000萬元人民幣，購置了大連海韻潛游技術發展有限公司產的「天清號」觀光潛艇。這種潛艇長24.1米，寬3.4米，載客48名。現在「天清號」已經投入觀光使用。這是中國大陸第一次使用觀光潛艇。[53]同樣的潛艇也向泰國芭堤雅出口了兩艘，建造過程通過了美國船級社（ABS）的檢驗認證。[54]
總部位於聖彼得堡的紅寶石設計局設計製造了一種海下觀光潛艇。這種潛艇被命名為「沙多克」（Sadko）。這種潛艇能裝載40名乘客，安全下潛深度為100米，極限深度為200至250米，而通常則只在40米左右的深度潛行以保證安全，而且為每名乘員都配備了水下逃生設備。艇上有三名工作人員負責操控潛艇和乘客服務。自2001年開始這種潛艇在塞浦路斯投入觀光服務。[55]
近年部分美洲的大型的毒販組織，為了減輕被發現的風險。也建造和使用了一些簡易的小潛艇來運毒，而在遠離陸地的大海時是由較大的水面船舶拖曳。這類設計都是些一次性使用的半潛艇，即沒有可以真正潛水的機能，但因為全艇極小隻露出頂部，並用全電力推進不會冒煙便不會被發現。
關於潛艇最著名的小說莫過於儒勒·凡爾納所著的《海底長征》。書中描述了尼莫船長所指揮的鸚鵡螺號潛艇的遊歷。但實際上「鸚鵡螺號」這個名字則在更早的1800年被真實世界之中的羅伯特·富爾頓的潛艇鸚鵡螺號所使用，該潛艇也編入了美國海軍的序列。
其他書籍：
- 海龍，弗蘭克·赫伯特所著
- 獵殺紅十月號，湯姆·克蘭西所著
- 獵殺波將金號、颱風，馬克·約瑟夫所著
- 鯊魚兵變，The Shark Mutiny
- 英國海軍非可見號，HMS Unseen
- 世界大戰Z，馬克思·布魯克斯所著
- 海狼號，USS Seawolf
- 恐怖夫人，Madame Terror
- 大北極Ice Station Zebra，阿利斯泰爾·麥克林所著
- 獵潛，Hunter Killer，傑佛里·簡金所著
- 太平洋潜艇战，小愛德華·比奇所著
- 潛艇驅逐戰，Torpedo Run，Douglas Reeman
- 終戰的羅蕾萊，福井晴敏所著
- 颱風號
- 驚爆危機，賀東招二所著
- 木劍號突擊，理查．P．亨瑞克所著
請參看關於潛艇的小說分類。
潛艇類電影逐漸發展成為了一種影片流派。潛艇類電影之所以能發展起來主要是因為這個主題所涵蓋的危險性，戲劇性和潛艇中由於幽閉恐懼所引申的一系列事件。潛艇類電影業通常擁有與反潛或者與敵潛艇進行緊張的「貓捉老鼠」類型戰鬥。
第一套潛艇類電影是由著名小說《太平洋潜艇战》改編的同名電影《太平洋潜艇战》。
比較現代的電影則有《獵殺紅十月》、《U-潛艇96》、《U-571風暴》、《深紅潮汐》、《海底喋血戰》、《巡弋艦艇》、《轟天潛艦K-19》、《幽靈號》、《在敵之手》《暴風女神》及《潛艦滅殺令》等等。
- 《深紅潮汐》（Crimson Tide）
- 《幽靈號》
關於潛艇的電子遊戲：
- 未來水世界，AquaNox
- 危險水域，Dangerous Waters
- 海底大戰爭，In the hunt
- 海王星行動，Operation Neptune
- 獵殺潛航系列，Silent Hunter
- 沉默獵手，Silent Service
- 沉默獵手II，Silent Service II
- 潛艇小英雄，Sub Culture
- 狼群，Wolfpack
- 攻擊潛艇688，688 Attack Sub
- 代號：冰人，Codename: Iceman
- 航海時代II，Age of Sail II
- 驅逐艦指揮官，Destroyer Command
- 太平洋風暴，Pacific Storm
- 湯姆克蘭西攻擊核潛艇，Tom Clancy's SSN
- 王牌飛行員：深淵，Aces of The Deep（PC版本）
- 王牌飛行員：深淵，Aces of the Deep（Mac版本）
- 艦隊指揮官，Fleet Command
- 終極動員令：紅色警戒系列，Command & Conquer: Red Alert
- 戰鬥位置：太平洋，Battlestations: Pacific
- 冰冷海域，Cold Waters，1980年代起，台灣各都市電子遊戲場多有潛艇射魚雷遊戲台，玩家需先投銅板啟動機台，眼貼魚雷潛望鏡，自有船艦十餘艘浮現於你眼前，任你射擊，若擊中，該船會發震聲動後爆炸沈沒，如同訓練射魚雷的隼度及瞬時按鈕射擊決斷力
- 戰艦世界，World of Warship
- 披頭四樂隊寫了一首叫做Yellow Submarine（黃色潛水艇）的歌
- 鐵娘子樂團（鐵娘子—戴卓爾夫人傳樂隊）在她們的專輯No Prayer for the Dying中有一首歌「Run Silent Run Deep」
- 湯姆士樂團的專輯The Golden Age of Wireless中的歌「One of our Submarines」
- zz頂級樂隊的一個叫做「Submers」（潛水艇）的專輯中每一首歌都根據於一個潛艇的名稱而命名。
- 普多寫過一首名為「Wolfpack」（狼群）的歌，歌的內容基於納粹德國的潛艇狼群攻擊盟軍運輸隊ONS-92事件。歌中提及的U-124潛艇在這次實踐中一晚上擊沉了4艘運輸艇，歌中還提及了U-569，U-406和U-94艇。
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