潛艇通常以柴油機和蓄電池作動力。潛艇在水下航行時實際上使用的是蓄電池，柴油機隻是用來給蓄電池充電的。蓄電池儲存的電能總是有限的。潛艇上蓄電池的電能用完時，就需要用柴油帶動發電機為蓄電池充電。由於柴油機在工作時需要大量的空氣，而且還要排出廢氣，這樣潛艇就不得不浮到水麵來充電。然而潛艇一浮到水麵，就會暴露自己，遭到敵人的襲擊。
另外，用蓄電池作動力，潛艇的水下航行速度慢，約為十餘節；航程也短，最遠可航行幾百海裏。在這種情況下，潛艇就不能適應現代戰爭的需要，不能長期隱蔽在水下作戰。
為了克服這個缺點，人們很早就想把核反應堆搬到潛艇上，以提高潛艇的作戰能力。
1954年，世界上第一艘核動力潛艇即美國的“鸚鵡螺”號核潛艇下水了。它一投入使用，就顯露出超群的本領。在4年多的航行中，航程共達15萬海裏，其中有11萬海裏是在水下航行的。然而在這樣長的時間內，一共才裝過兩次燃料。
核潛艇在水下能長時間航行，隱蔽性好，對目標可突然進行攻擊，加之航行的速度快（比普通潛艇速度快一倍多），因而能及時跟蹤追擊敵方潛艇。在核潛艇上裝備彈道導彈和魚雷後，使它的攻擊能力大大增強，不僅能在水下大顯威風，進行反潛作戰，而且能用來攻擊敵方陸地上的戰略目標，如交通樞紐、機場和工業中心等。
潛艇的核動力裝置由核反應堆、蒸汽發生器、循環泵和透平機等組成。核動力裝置的工作原理是，循環管路中的水經過反應堆時，吸收了由核燃料裂變所產生的高溫，水被加熱而處於高溫狀態。在循環泵的作用下，高溫水在蒸汽發生器中變成高溫、高壓的蒸汽，再用蒸汽推動透平機轉動，進而帶動潛艇上的螺旋槳旋轉，使潛艇在水中前進。
核動力潛艇的功率很大，有的可達2~3萬匹馬力。它的航行距離比一般潛艇遠多啦，可達10~20萬海裏，航行速度達到25節至30節以上。
核潛艇上的反應堆具有一定的放射性，可能給潛艇乘員的健康帶來一定的危害，因此在核潛艇設有嚴密的防護裝置。在反應堆外麵包有用特殊鋼板或鉛板等製成的防護層，通向反應堆的管道外麵也裝有防護裝置。潛艇上還設有防放射性輻射的監視報警係統。為了保證乘員安全和健康，艇上的空氣、食品和淡水要定期進行檢查和消毒。
核潛艇和普通潛艇一樣，今後也將向高速度、大深度和低噪音，以及提高探測能力、自動化控製能力等方麵發展。