海底核電站是在陸地上核電站的基礎上擔出來的。
早在20世紀70年代初，科學家們就提出這樣的大膽設想，並將它的藍圖繪製出來了。最近二三十年來，許多國家通過研究試驗，已提出許多種獨特的設計方案。
從發電原理來說，海底核電站與陸地上的核電站基本上是相同的，它們都是利用核燃料在裂變過程中產生的熱量來將冷卻水（或其他液體）加熱，使其變成高壓蒸汽，以推動汽輪發電機組發電。當然，海底核電站的建造比陸地上的核電站要困難得多：一、海底核電站的所有零部件都必須能承受住幾百米深的海水所施加的巨大壓力；二、海底核電站要求其一切設備的密封性能都非常好，能夠達到滴水不漏的程度；三、海底核電站的各種設備和零部件都必須具有耐海水腐蝕的能力。
因此，海底核電站的反應堆都要安置在耐壓的堆艙裏，汽輪發電機則要密封在耐壓艙內。而且堆艙和耐壓艙都在固定在一個大平台上。
海底核電站為了能夠更好地安裝，可以事先在海麵上進行安裝，等安裝好以後再將整個核電站和固定平台一起沉入海底，使其正好坐落在預先鋪好的海底基地上。當核電站在海底連續運行多年以後，可以像潛艇一樣地讓它浮出水麵，進行檢修和更換堆料。
在1974年，美國原子能委員會提出了發電容量為3000千瓦的海底核電站的設計方案。這座海底核電站由反應堆、發電機、主管道、廢熱交換器、沉箱等5大部分組成。它所采用的是一種安全性能非常好的鈾氫化鋯反應堆。這種反應堆的好處在於，它的發電量能夠在極短的時間內由零迅速上升到幾百萬千瓦，然後又自動地迅速降落下來。所以，人們將這種反應堆形象地稱為“脈衝反應堆”。由於這種反應堆在短時間內起伏變化很快，這就大大提高了它的發電能力。例如美國設計的海底核電站，它在穩定時的發電能力隻有3000千瓦，而它的脈衝發電量最高可達600萬千瓦，後者是前者的2000倍。海底核電站的反應堆所用的冷卻劑，是取用極其方便的海水。整個核電站在海底運行4年後，浮出水麵，進行換料檢修，然後再沉入海底繼續使用。
20世紀70年代初，英國在發生“石油危機”後也開始研究海底核電站。1978年，英國為了開采海底石油，由幾家公司聯合提出了海底核電站的設計方案。英國海底核電站設計方案與美國方案有所不同，英國海底核電站裝置了兩座核反應堆艙，從而能夠在一座反應堆換料或進行檢修時，另一座反應堆照常供電，以保證采油用電的需要。反應堆安置在長60米、直徑為10米的耐壓艙內，而耐壓艙可在500米深的海底長期穩定地進行工作。耐壓艙的外殼是用雙層5～7厘米厚的鋼板製成，中間灌注混凝土，混凝土的厚度為0.5～1.5米，其厚度隨著水深而增大。共裝備3台汽輪發電機，都密封在耐壓艙內，以確保電力供應的需要。
海底核電站能為勘探和開采海底石油提供許多方便，它可以將富足的電力輕而易舉的送往采油平台，還可以為許多遠洋作業設施提供廉價的電力。
專家們預言，隨著海洋資源尤其是海底石油和天然氣的開發，必將進一步促進海底核電站的研究與開發。不久的將來海底核電站將會廣泛進入實際應用之中。