Sự ra đời của động cơ năng lượng hạt nhân là một trong những bước ngoặt quan trọng nhất trong quá trình phát triển tàu ngầm sau Thế chiến 2.
Với động cơ năng lượng nguyên tử, tàu ngầm có thể kéo dài thời gian hoạt động mà không cần phải nổi lên để tiếp năng lượng. Sau những cải tiến liên tục trong gần 6 thập niên, tàu ngầm hạt nhân hiện nay trên lý thuyết có thể hoạt động mãi mãi, chỉ bị giới hạn bởi dự trữ lương thực và sức khỏe của thủy thủ đoàn. Tuy nhiên, do đòi hỏi chi phí lớn và công nghệ cao nên hiện chỉ có 6 nước là Anh, Pháp, Mỹ, Nga, Trung Quốc và Ấn Độ sử dụng tàu ngầm hạt nhân, còn ít hơn số quốc gia có tàu sân bay (hơn 10 nước).
