作为核能的另一个重要应用，就是核潜艇。它是在常规潜艇基础上发展起来的，以核反应堆作为它的动力装置。
核潜艇是袭击水面舰只，破坏敌人海上运输的新型战舰。它以隐蔽性好、续航力大、潜航时间长、航速高的特殊优点邀游在海洋之中。在敌人的突然袭击下，只要留有一艘导弹核潜艇，就能给敌人以严重的回击，因为其装备的核导弹具有强大的摧毁力量。
由于核潜艇海上航行和战斗的特殊需要，它的核动力装置还是有不同于核电站之处的，要求其体积小，重量轻，控制系统简单、灵活和自动化；各项设备要耐冲击、耐振动、抗摇摆，并能在潜艇横倾、纵倾达40°～50°的条件下良好地工作；各项设备要做到安全、可靠、不出事故；机器转动的噪音要尽量小，核辐射、热辐射、电磁辐射都要尽量弱，免于敌人发现。所有这些对核潜艇的设计和制造都提出了严格的要求，也是它的困难所在。
1949年5月18日，美国海军作战部长召开潜艇作战会议，对核潜艇和常规柴电潜艇的战术技术性能进行了全面的比较和分析。由于潜艇在潜航状态有着良好的隐蔽性，所以在二次大战中取得了卓越的战绩，许多潜艇击沉的舰船总吨位比潜艇自身的吨位高数十乃至上百倍。但常规潜艇的柴油发动机只有在水面状态或通气管运行时才能使用，潜航时要靠蓄电池航行，最大水下续航距离只有50多千米，且航速低；若以高速潜航，只能维持一小时，所以常规柴电潜艇必须经常上浮至水面或通气管状态，再启动柴油发电机进行充电，因此大大降低了自身的隐蔽性和机动性。由于反潜技术的进展，致使二次大战后期，常规潜艇被击沉的数字也在迅速增加。如果潜艇能用核动力进行装备，那就能有效地克服这一致命弱点。
会后，由水下作战部长提出的潜艇会战报告中强调：“核动力装置是一种可能对潜艇的设计与整个水下战争艺术产生深远影响的全新推进手段。能够在占地球面积七分之五的海洋中无限制活动的理想潜艇的出现，可彻底改变海战的整个面貌。海军十分强烈地支持核动力潜艇的发展。”
1951年8月20日，海军正式和电动船舶公司签订了建造第一艘核潜艇的合同。1951年10月25日，美海军部长决定核潜艇的代号为SSN，并命名首艇为“舡鱼”号。