核潛艇是一種工作環境極其特殊的船舶，因此其在導航方式上也具有特殊性。與水面戰艦相比，核潛艇由於長時間在水下潛航，因此不能依靠衛星導航或天文導航。如果浮出水面，那麼在戰時這對於核潛艇的隱蔽性損害極大。
為確保核潛艇能夠在水下保持正確的航向，在核潛艇啟程執行任務之前，要仔細制定航行路線，以儘量規避可能的敵方水下監聽系統和自然環境較為危險的海域。在潛航時，核潛艇除非遇到特殊情況（遭遇敵方反潛力量、臨時變更任務、遭遇突發性水體活動等），否則一般會按照預先制定的航路航行，並使用慣性導航系統對航向進行修正。慣性陀螺儀一般有ESGN和RLGN兩種，即機械陀螺儀和環形雷射陀螺儀。
由於慣性導航系統具有隨時間推移導航誤差會增大的缺陷，核潛艇在潛望鏡深度航行時還會採用磁羅經、六分儀等傳統導航儀器結合潛望鏡觀察結果修正自身方位。在超長波通信技術出現後，核潛艇也可以使用無線電羅盤測量導航電臺方位角來進行導航，這種導航方式相比於僅依靠潛艇自身的導航系統來說精度更好，但需要建設大功率的超長波導航電臺，因此受到的限制較多。
核潛艇也可以實現衛星導航，使用衛星導航時潛艇上需配備衛星導航儀，同時只有當導航儀的天線升起且露出水面時才能夠接收到衛星信號，因此雖然衛星導航能為核潛艇提供最準確的導航位置，但通常來說核潛艇使用衛星導航的機率並不算高。隨著技術發展，未來可能出現新的導航手段、確保核潛艇在潛航時仍然可以保證正確的航向，但截至目前核潛艇的導航手段仍然要依靠前述幾種。