เรือดำน้ำธรรมดาเมื่อวิ่งบนผิวน้ำหรือวิ่งใต้น้ำโดยใช้ท่อหายใจ จะขับเคลื่อนโดยเครื่องยนต์ดีเซลโดยขับเพลาใบจักรโดยตรง หรือผ่านทางระบบเครื่องกำเนิดไฟฟ้า-แบตเตอร์รี่-มอเตอร์ไฟฟ้าแล้วขับเพลาใบจักร แต่เมื่อเรือดำน้ำเดินทางใต้น้ำจะใช้พลังขับเคลื่อนจากแบตเตอร์รี่เพียงอย่างเดียวโดยป้อนกระแสไฟฟ้าขับมอเตอร์และขับเพลาใบจักรอีกต่อหนึ่ง การขับเคลื่อนโดยแบตเตอร์รี่นี้ หากใช้ความเร็วต่ำ เรือจะสามารถวิ่งไปได้นานมาก เช่น ความเร็ว ๒.๕ - ๓ นอต ไปได้นานถึง ๑๐ ชั่วโมง แต่ถ้าใช้ความเร็วสูงขึ้นแบตเตอร์รี่จะหมดลงอย่างรวดเร็ว เช่น ใช้ความเร็วสูงสุด ๑๘ - ๒๐ นอต จะไปได้เพียง ๓๐ นาที ถึง ๑ ชั่วโมงเท่านั้น หลังจากนั้นจะต้องโผล่ขึ้นผิวน้ำและเดินเครื่องจักรดีเซลเพื่อประจุแบตเตอร์รี่ใหม่

สำหรับเรือดำน้ำขับเคลื่อนด้วยพลังงานนิวเคลียร์มีหลักการอย่างกว้าง ๆ คือ เตาปฏิกรณ์นิวเคลียร์ซึ่งติดตั้งอยู่ในห้องมั่นคงป้องกันกัมมันตภาพรังษี จะเผาน้ำหรือของเหลวในระบบวงจร ซึ่งเรียกว่า Primary circuit ให้ร้อน น้ำหรือของเหลวดังกล่าวจะไหลไปยังเครื่องถ่ายความร้อนที่เรียกว่า Heat exchanger เพื่อถ่ายความร้อนให้น้ำในระบบวงจร Secondary circuit จนกลายเป็นไอน้ำ เพื่อนำไปขับเครื่องกังหันไอน้ำ ซึ่งขับเพลาใบจักรอีกต่อหนึ่ง การที่ต้องมีวงจรของเหลวหรือน้ำ ๒ วงจร ก็เพื่อป้องกันมิให้กัมมันตภาพรังสีรั่วออกมาจากห้องมั่นคงและเป็นอันตรายต่อพลประจำเรือได้ ข้อเสียของการขับเคลื่อนแบบนี้ก็คือ อันตรายจากกัมมันตภาพรังสีประการหนึ่ง และอีกประการหนึ่งคือ เรือดำน้ำจะมีเสียงดังมาก และถูกตรวจจับได้โดยง่ายโดยเครื่องมือแบบ passive ข้อดีที่สำคัญที่สุดก็คือ สามารถดำใต้น้ำได้เกือบไม่จำกัดระยะเวลา หากพลประจำเรือสามารถทนได้ นอกจากนี้ยังมีความเร็วสูงอีกด้วย

ระบบขับเคลื่อน ๒ แบบข้างต้น ยังมีข้อเสียอยู่หลายประการดังที่ได้กล่าวแล้ว จึงได้มีการค้นคว้าวิจัยระบบขับเคลื่อนแบบอื่นที่ดีกว่า เช่น ให้สามารถเดินทางใต้น้ำได้นานโดยไม่ต้องอาศัยอากาศจากภายนอก และปราศจากอันตรายจากกัมมันตภาพรังสี เป็นต้น ปัจจุบันเทคโนโลยีก้าวไกลจนสามารถออกแบบสร้างเครื่องยนต์ดีเซลแบบใช้อากาศหมุนเวียน (Air-Independent Propulsion System; AIP System) ซึ่งมีออกซิเจนและเชื้อเพลิงอยู่ในตัวเอง ระบบขับเคลื่อนดังกล่าวจะทำให้เรือดำน้ำมีความเงียบ มึความเร็วสูงพอสมควร และสามารถเดินทางใต้น้ำได้เป็นเวลาหลายสัปดาห์

สิ่งที่เกี่ยวเนื่องกับระบบขับเคลื่อนอีกประการหนึ่งคือ ใบจักรเรือ แต่เดิมใบจักรเรือดำน้ำจะเป็นขนาดเล็ก และมี ๒ พวงใช้รอบสูง ในปัจจุบันได้เปลี่ยนแปลงเป็นใบจักรเดียวแทบทั้งหมด โดยเป็นใบจักรขนาดใหญ่และมีใบหลายใบ (ประมาณ ๕ - ๗ ใบ) ติดตั้งท้ายเรือสุด เหตุผลที่สำคัญในการเปลี่ยนแปลงก็คือ จะทำให้เสียงของเรือดำน้ำเงียบลงอย่างมาก