第二次世界大戰時期的傳統柴油／電力混合動力潛艇有兩大缺點：
水下續航時間過短。
航速(尤其是在水下)過慢。
為了擴大潛艇的戰術運用價值，大幅提高海面下持續操作時間，研發替代動力來源一直是潛艇研究的一個重要目標，而核子動力接近於無限的續航力正是克服這兩大缺點的重大利器。
世界上第一艘核子潛艇是由美國海軍上將海曼·李科佛積極倡議並研製和建造的，李科佛後來也被稱為「核子動力海軍之父」。1946年，以李科佛為首的一批科學家開始研究艦艇用原子能反應爐也就是後來潛艇上廣為使用的艦載壓水反應爐。第二年，李科佛向美國海軍和政府建議製造核子動力潛艇。
1951年，美國國會終於通過了製造第一艘核子潛艇的決議。鸚鵡螺號核子動力潛艇於1952年6月開工製造，並於1955年1月開始試行。到1957年4月底止，鸚鵡螺號在沒有補充燃料的情況下持續航行了11萬餘公里，其中大部分時間是完全在水下高速航行。1958年8月，鸚鵡螺號從冰層下穿越北冰洋冰冠，從太平洋駛進大西洋，完成了常規動力潛艇所無法想像的壯舉。此後，美國宣布不再製造柴電動力潛艇。並在1950年代以一系列單艘核子動力潛艇對這種新時代的能源做了一系列的實驗而奠定後來核子動力潛艦開發的基礎。
至於前蘇聯也開始在1950年代末期急起直追，造了第一代十一月級核子動力潛艦，並且在後來與美國的霸權競爭中在核子動力潛艇的數量上僅次於美國。而傳統的海軍強權英國則在一開始走錯方向，直到1959年才開始建造他們第一艘核子動力潛艇無畏號，並由美國輸出他們的潛艦用核子反應爐給英國，才讓英國完成第一艘核子動力潛艇，而後來英國也追隨美國走向全面核子動力化潛艦服役。而到了1970年代法國與中國也開啟他們的核子動力潛艇計畫，至於印度則是到2010年後才正式開始核子動力潛艦的計畫，並且是先造核子動力彈道飛彈潛艦並租借俄羅斯的鯊魚級核子動力攻擊潛艇，隨後也展開印度的核子動力攻擊潛艇計畫。至於巴西則是在法國與其他國家協助下開啟了第一代核子動力潛艇的計畫。
SSN
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| Country | US | UK | Russia/ USSR |
France | China | India | Brazil |
| 1950s |
USS Nautilus (R)
USS Seawolf (R)
Skate class (R)
Skipjack class (R)
USS Halibut (R)
USS Triton (R)
Permit class (R)
USS Tullibee (R) |
HMS Dreadnought (R) |
November class (R) | ||||
| 1960s |
Sturgeon class (R)
USS Narwhal (R)
|
Valiant class (R)
Churchill class (R) |
Alfa class (R)
Victor class |
||||
| 1970s |
USS Glenard P. Lipscomb (R)
Los Angeles class |
Swiftsure
class (R)
Trafalgar class |
K-278 Komsomolets (R)
Sierra class |
Rubis class
|
Type 091 | ||
| 1980s | Seawolf class | Akula class | |||||
| 1990s | Yasen class | ||||||
| 2000s | Virginia class | Astute class | Barracuda class | Type 093 | |||
| 2010s | Type 095 |
|
Nuclear S-BR class | ||||
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