建造能夠在水下航行的潛艇，自古以來就是許多發明家和科學家的夢想和孜孜以求的目標。早在1578年，英國人威廉·伯恩就在他出版的一本著作中對潛艇的原理作出了明確的闡述，這是人類歷史上對潛艇原理的第一次系統的描述。在威廉·伯恩出版了他的有關潛艇專著的40多年之後，大約在1620年，長期旅居英國的荷蘭物理學家克尼里斯·德雷布爾根據威廉·伯恩描述的潛艇原理建造了世界上第一艘具有實用性的潛艇。
克尼里斯·德雷布爾製造的潛艇，被當時的人們稱為「隱蔽的鰻魚」，該艇是木質結構，並且外部裝有鐵製環箍以保證艇體強度。整個艇體的外表面蒙有一層涂油的牛皮，以便達到水密效果，艇內裝有羊皮囊作為壓載水艙。當潛艇需要下潛時，往羊皮囊內注水；當潛艇從水下上浮時，則把水從羊皮囊中擠出。該艇的下潛深度為4～4.5米。據目前可以查詢到的記載表明，德雷布爾製造的潛艇曾經在英國的泰晤士河中成功地進行過水下航行，但是令人感到十分遺憾的是，德雷布爾製造的潛艇圖形卻已經遺失。
潛艇在世界上第一次用於軍事行動，發生在美國獨立戰爭期間。1776年9月6日夜間，埃茲拉·李一個人駕駛著由戴維·布希內爾設計和建造的「龜」號潛艇，在夜幕的掩護之下，向停泊在紐約港外的英國皇家海軍的「鷹」號快速戰艦駛去。「龜」號潛艇是利用人力搖動螺旋槳前進的，艇上裝有一個炸藥包。雖然「龜」號潛艇在水下潛航靠近了「鷹」號快速戰艦並準備發起襲擊，但是最終沒有奏效。
時隔80多年之後，1864年2月17日傍晚，一艘「亨利」型潛艇在艇長G·E·狄克遜中尉的指揮下，隱蔽地嚮北軍停泊在查理斯頓港的「休斯敦」號木製戰艦駛去。「亨利」型潛艇也是一種人力推進潛艇，利用艇內的8名艇員搖動一根曲軸，轉動一個三葉螺旋槳推動潛艇前進。該型潛艇的艏部裝有一個向前伸出的長杆，長杆的前端裝有一個炸藥包。「亨利」型潛艇靠近敵人的艦船時，長杆端部的炸藥包觸及敵人艦船之際即可發生爆炸。
1864年2月17日夜晚9時左右，當G·E·狄克遜中尉指揮的「亨利」型潛艇衝向「休斯敦」號木製戰艦之際，固定在「亨利」型潛艇艏端長杆端部的炸藥包把「休斯敦」號戰艦的舷部炸開了一個大洞，於是，「休斯敦」號戰艦很快沉沒。但是，當外界海水迅速湧進「休斯敦」號戰艦內部時，那艘「亨利」型潛艇卻由於洶湧的水流抽吸作用使其艏部插進「休斯敦」號戰艦舷側的大洞裡，隨同「休斯敦」號戰艦一起沉沒了。「亨利」型潛艇上的9名艇員全部遇難。
1879年，英國的一位名叫雷溫倫德·喬治·加萊德的牧師建造了一艘「復活」號潛艇，該艇長度為15米左右，中部為圓柱形，兩端為圓錐形。「復活」號潛艇在水面航行時利用蒸汽機推進。當該艇下潛到水下時，則利用鍋爐中保存的一部分水蒸氣，可以繼續驅動蒸汽機來推動潛艇前進大約幾千米的距離。
到19世紀80年代時，世界各國對於潛艇的研究和製造呈現了十分繁榮的局面，法國、瑞典、義大利以及俄國等許多國家都在潛艇設計和建造方面作出了一定的貢獻。在這一期間，世界各國雖然湧現出了許多對潛艇發展進行著不懈探索和努力的傑出潛艇設計師和建造師，但是其中最有成就並且對其後潛艇發展貢獻最大的是英裔美國人約翰·菲利普·霍蘭。
約翰·菲利普·霍蘭從1878年建成他的第一艘潛艇之後，經過多年來鍥而不捨的努力，使得他相繼建造的「霍蘭」型潛艇性能不斷得到改善和提高，後來，約翰·菲利普·霍蘭建造的第9艘潛艇「霍蘭」9號潛艇終於得到美國海軍的認可，並且於1900年4月被美國海軍購置，成為美國海軍的第一艘潛艇。「霍蘭」型潛艇正式加入美國海軍艦隊，標誌著潛艇從此成為海上戰爭的武器而走上世界軍事鬥爭的舞臺。
雖然約翰·菲利普·霍蘭在潛艇技術方面取得了出色的成就，但是法國在潛艇的設計方面卻另闢蹊徑，獨樹一幟。法國的馬克西姆·勞伯夫在1898年建成的「一角鯨」號潛艇採用的是雙殼體結構，與「霍蘭」型潛艇的單殼體結構完全不同。在單殼體結構的潛艇上，潛艇的壓載水艙布置在耐壓艇體內部，而在雙殼體結構的潛艇上，壓載水艙則布置在耐壓艇體與非耐壓艇體之間。實際上，潛艇採用單殼體結構或者雙殼體結構，是兩種不同設計思想的體現。潛艇在1個多世紀以來的發展歷程中，不同的國家根據各自的需要，對不同型號的潛艇採取了單殼體結構設計或者雙殼體結構設計，並且都取得了非凡的成就。這一客觀事實表明，這兩種設計基本思想都具有強大的生命力。