在人類漫長的歷史中搜索，你會發現潛艇的足跡可以追溯到很早的時候。古希臘時期，著名哲人亞里斯多德就記述了潛水員使用從水面上輸入空氣的潛水裝置。歐洲文藝復興時期，據傳達·文西曾經繪製了「水下戰艦」的圖紙。但他擔心如果人們獲得有關這類戰艦的知識，戰爭將會變得更加可怕，故將設計圖深藏不傳。
人類歷史上有文字記載的對潛艇進行研究的是義大利人倫納德，他於1500年提出了「水下航行船體結構」的理論，給後人很大的啟發。半個多世紀後的1578年，英國人威廉·伯恩出版了一本關於潛艇理論的著作——《發明》。他在書中提出，要建造一支能夠潛入水中並能隨意浮出水面的潛艇。
1620年，荷蘭物理學家德雷爾成功製造出了一艘潛水船。整個船體像一個木櫃，體內裝有作為壓縮水艙使用的羊皮囊。下潛時往羊皮囊中注水，上浮時則將羊皮囊中的水擠出。這艘潛水船裝有從船內伸出的多根木漿，船內人員只要划動木漿，便會在水下運動，最多可載12名水手，能夠潛入水中3至5米的深度。
德雷爾的潛水船可以說是現代潛艇的雛形，此後100年間世界上再沒有任何有關潛水船發展情況的文字記載，直到1724年，俄國人葉菲姆·尼科諾夫製造出了一艘能在水下航行的潛艇。
尼科諾夫是一個木匠。1718年的一天，他帶著自己設計的潛艇圖紙去見彼得一世，請求允許他建造一艘能夠在水下航行的船隻，並得到了支持。1724年，尼科諾夫成功製造出了他自己設計的潛艇。這艘潛艇由橡木、松木板、皮革等材料製成，由於密封不嚴，試航時剛下水就沉了，尼科諾夫本人也差點送命。彼得一世並沒有因此而怪罪，而是命他繼續試驗。經過一番努力，他終於製成了能在水下航行的潛艇。
潛水技術的進步同時也就意味著潛水技術的軍事運用。1776年美國獨立戰爭中，美國人布希尼爾發明了一艘烏龜形的潛艇，鑽到了英國戰艦「鷹」號的下面，並把一顆魚雷釘在它的船底下，可是因為調整失靈而失敗了。此次行動揭開了水下戰鬥的序幕，成為潛艇史上首次實戰的戰例。
1797年，發明天才富爾頓把一個建造潛水艇的計劃獻給法國政府，這艘叫做「鸚鵡螺」號的潛艇1801年試航，「鸚鵡螺」號的殼板是銅的，框架是鐵的，艇長6.89米，型如雪茄，艇體最大直徑3米。水面航行時用風帆推進，當它在水下航行或無風時，則把風帆摺疊起來，用人力轉動螺旋槳推動潛艇航行。
為了便於觀察，富爾頓還在潛水艇艇體中央建造了一個凸起的指揮塔。為了解決艇員的水下呼吸問題，艇上帶有壓縮空氣，可供4個人和兩支照明蠟燭在水下使用3個小時。「鸚鵡螺」號的航速為每小時2海裡，能潛至水深8至9米處。
1864年，美國南北戰爭時期，南軍用一艘原始的潛艇擊沉了北軍一艘新造的巡洋艦。從此以後，潛艇的作用已開始為各國海軍重視。
從軍事的角度看，潛艇只不過是一種能在水下活動的軍艦，但有4個因素能使潛艇的設計和作戰使用比水面艦艇複雜的多：需要承受一定深度的海水壓力；需要在三維空間上有控制的進行操縱；還必須具備在水面進行航行的能力；能在沒有大氣的條件下航行。
按照這些要求，1899年，美國發明家霍蘭設計並建造了世界上第一艘真正實用的潛艇。它在水面遊弋時，靠45馬力的汽油引擎驅動，沉入水底時，靠蓄電池電馬達提供動力，蓄電池則靠浮在水面時由汽油引擎充電。這艘取名「霍蘭九號」的潛艇基本上具備了現代潛艇的各種特點。
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