원자력 잠수함은 원자로를 동력원으로 사용하는 잠수함으로, 공기 공급 없이도 장기간 고속 운항이 가능해 사실상 무제한의 항속거리를 가지며, 핵무장 여부와는 별개로 추진 방식만을 의미한다. 1954년 미국이 세계 최초의 핵잠수함 USS 노틸러스(SSN-571)를 취역시켰으며, 이후 소련(1958년 K-3)과 영국(HMS 드레드노트)이 뒤를 이었고, 냉전 시기 소련은 총 245척을 건조하며 가장 많은 핵잠수함을 보유했다. 핵추진은 특히 전략 탄도미사일 잠수함(SSBN)에 이상적이어서, 1960년 USS 조지 워싱턴이 최초의 핵추진 SSBN 억지 순찰을 시작하며 핵 억지력의 핵심 축이 되었다. 현재 미국, 러시아, 영국, 프랑스, 중국, 인도 등 6개국이 핵잠수함을 운용하고 있으며, 브라질과 호주 등도 건조 프로젝트를 진행 중이다. 기술적으로는 주로 고농축 우라늄을 사용하는 가압수형 원자로를 사용하며, 1982년 포클랜드 전쟁에서 HMS 컨커러가 적함을 격침시킨 유일한 핵잠수함으로 기록되기도 했다.