深潛原理
潛艇所有在水面上的船隻，包括上浮後的潛艇，它們所受的正浮力一定大於重力。如要潛下去，潛艇必須得到負浮力，即或將自身的重力大於其所受的浮力，或降低其排水量。這都可通過“沉浮箱”的排水量來控制。
對於普通的下潛和上浮動作，潛艇通常用前後二個稱為主沉浮箱來完成。需要下潛時，主沉浮箱水口完全開啟並注水，以增大潛艇的重力。而需要上浮時，在主沉浮箱注入壓縮空氣並打開箱口排水，以減少重力。主沉浮箱主要負責潛艇大幅度沉浮動作，通常也安置在漂浮吃水線以下。如要更精確控制潛艇所處深度，則要用深度控制水櫃或稱硬水櫃。這種水櫃可放在潛艇中心附近，也可放在艇身上。
當潛艇下沉時，潛艇殼體通常可承受水壓達四兆巴（相當於400米水深的壓強）。而用鈦合金外殼的潛艇則可承受10兆巴的壓力。但殼體內則要保持一般海平面大氣壓力近似的氣壓。由於海水的鹽度不同，其浮力也不同。因此，潛艇在航行中，有時可能上浮，有時則下沉。控制潛艇在一定深度，就要不斷控制水櫃系統。
潛艇的動力
現代潛艇都是依靠電力驅動馬達推動螺旋槳前進。根據電力產生的方式，分為柴電動力，核動力和ATP。
柴電動力和呼吸管
最早期曾經試過作為潛艇動力的有壓縮空氣，人力，蒸汽，燃油和和電力等。而真正成熟的第一種潛艇動力來源是以柴油機配合電動馬達做為共同的動力來源。第一次世界大戰前，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電源。由於電瓶所能儲存的電力必須提供全艇設備使用，即使以低速航行，也只能維持短時間，後浮上水面充電。之後，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，並套用在它們的潛艇上。呼吸管的基本構造是可以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的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。
使用呼吸管大幅改善了當時潛艇的做業方式和彈性。使用呼吸管以前，潛艇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機率，也擴展了潛艇可以充電的時機。
針對這個威脅，盟軍利用巡邏機攜帶的特殊雷達來尋找微小的呼吸管，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和攻擊。
核動力
核動力是繼柴電動力之後發展的又一種動力。核動力的原理是通過核反應爐產生的高溫讓蒸汽機中產生蒸汽之後驅動蒸氣渦輪機，來帶動螺旋槳或是發電機產生動力。最早成功在潛艇上安裝核反應爐的是美國海軍的鸚鵡號潛艇。目前，全世界公開宣稱擁有核動力的國家有六個，其中以美國和俄羅斯的使用比例最高。美國甚至在1958年宣布不再建造非核動力潛艇。
核動力潛艇比傳統的柴電潛艇，具有動力輸出大，動力續航高（核動力燃料補充更換通常10年以上，而柴電動力則僅僅幾周或幾月），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，噪聲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，德國沃爾特（Walter）博士以過氧化氫作為燃料系統。經過數年的研究，在二戰末期沃爾特發明了“沃爾特式動力機”其原理是通過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。早期的沃爾特式動力機並不可靠，因為過氧化氫容易產生自燃反應，因此德國只生產了幾台以過氧化氫為動力的潛艇XVIIB。
二戰後，許多國家開始研究其它可能的動力來源，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其它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。實際上無論早期沃爾特的試驗或二戰後美國，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機，閉式循環汽輪機，斯特靈閉式動力機以及燃料電池等。
潛艇的耳目
聲納
由於電磁波在水中衰減的速度非常高，無法做為偵測的信號來源，以聲晌訊號探測水面下的人造物成為運用最廣泛的手段。
無論是潛艇或水面船隻都用聲納技術的衍生系統探測水下的物體或做為導航的依據。
聲納系統大致可分為二類：主動與被動。主動聲納可自己發生音晌信號，從這信號遇到物體後反射回來的變化，作為計算這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，不發任何信號，只接收來自周圍的各種聲晌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。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水漲船高，原先在這個位置上的魚雷管也得讓出位置而退到二旁去。
在潛艇不同位置安裝聲納，不同位置收到同一訊號，經電腦處理和運算後，就可進行粗淺定位。
潛望鏡
潛望鏡在潛艇上使用的歷史比聲納的還要久，美國南北戰爭時期使用的小潛艇已經使用潛望鏡作為導航裝置。潛望鏡利用光學反射原理，在一個長管的二端安裝鏡片，上端鏡片將面對的影像向下反射；底部的鏡片將反射過來的影像做第二次反射，觀測人員通過底部的反射鏡就可看到上方鏡面對準方向的影像。並可觀察到周圍環境的情況。潛望鏡也是辨認目標與分清敵我的重要手段。潛望鏡通常有二种放大率；一種倍率較小，但視野範圍較廣，適合快速搜尋周圍海域。另一種倍率較大，可識別與判斷目標動向。二戰後，潛望鏡還配上測距雷達；測出目標的距離。
潛望鏡必須突出水面觀察水面目標，是使潛艇失去其隱蔽性的不易克服的缺陷。
雷達
二戰初期，艦艇開始使用雷達。不久，潛艇也開始使用。協助夜間或不良天氣下的搜尋。現代潛艇上幾乎都配有雷達。雷達探測目標時要發出訊號，也會導致潛艇易為敵方發現的一種缺點。
電子偵測設備
德國在二戰後期在潛艇上加裝專門探測盟軍巡邏機上的搜尋雷達的電子設備，這種電子支援裝置算是近代潛艇裝置電子偵測設備的起源。除了自衛的需求外，潛艇還可以用不同的電子支援與偵測裝置進行對敵人的通訊，雷達或其它無線電訊號的監視與搜尋。
冷戰開始後，各國利用潛艇隱密的特性，配合各種電子偵測裝置蒐集情報。這以美國和蘇聯之間進行的最激烈。即使在今天，潛艇依舊是非常重要的電子情報蒐集工具。
潛艇殼體結構
現代潛艇一般是雪茄型的。這比最早海龜號的”蛋型“已有了很大改進。通常稱這樣的殼體為“水滴型殼體”，經過常時間實踐證明，水滴型殼體是目前水下阻力最小的殼體形狀。但這種形狀在海面漂浮時抵禦海浪的能力也差一些。
潛艇上部突出的艦橋圍殼部分可以增長潛望鏡和無線電的使用長度。艦橋圍殼內通常都有無線電設備，雷達，電子設備，通氣管等設備。早期潛艇中，指揮艙都設在潛艇的艦橋圍殼中，常稱為”指揮塔“。但現在大部潛艇的指揮艙通常都設在潛艇中了。
雙殼體結構
現代軍用潛艇結構大致分為二個流派--單殼體結構和雙殼體結構。單殼體結構就是一層殼體承受艇外壓力，維持艙內氣壓。而雙殼體的外層殼體稱為“外殼體”，“輕殼體”。外殼不承受壓力，而其內殼承受外壓和維持內壓。
潛艇的單殼體和雙殼體結構各有其優缺點。二戰後，盟，蘇雙方在潛艇結構上開始分離。蘇聯至其解體，直到現在，雙殼體結構是蘇聯/俄羅斯潛艇設計結構的“必須結構”。而美國及其它西方潛艇則開始轉向全面單殼體的設計。
