La chronologie suivante résume l'évolution de la conception des sous-marins, depuis le début du sous-marin en tant que navire de guerre à propulsion humaine jusqu'aux sous-marins à propulsion nucléaire d'aujourd'hui.
La première sous-marin le design a été rédigé par William Borne mais n'a jamais dépassé le stade du dessin. La conception des sous-marins de Borne était basée sur des ballasts qui pouvaient être remplis pour être submergés et évacués à la surface - ces mêmes principes sont utilisés par les sous-marins d'aujourd'hui.
Cornelis Drebbel, un Néerlandais, a conçu et construit un submersible à l'aviron. La conception du sous-marin de Drebbels a été la première à résoudre le problème de la reconstitution de l'air pendant l'immersion.
David Bushnell construit le sous-marin Turtle à propulsion humaine. L'armée coloniale a tenté de couler le navire de guerre britannique HMS Eagle avec la tortue. Premier sous-marin à plonger, à faire surface et à être utilisé en combat naval, son objectif était de briser le blocus naval britannique du port de New York pendant la Révolution américaine. Avec une légère flottabilité positive, il flottait avec environ six pouces de surface exposée. Turtle était propulsé par une hélice à main. L'opérateur plongeait sous la cible et, à l'aide d'une vis dépassant du sommet de la tortue, il fixait une charge explosive déclenchée par une horloge.
John P. La Hollande présente le Holland VII et plus tard le Holland VIII (1900). Le Holland VIII avec son moteur pétrolier pour la propulsion de surface et son moteur électrique pour le submergé opérations ont servi de modèle adopté par toutes les marines du monde pour la conception de sous-marins jusqu'à 1914.
Le sous-marin français Aigette est le premier sous-marin construit avec un moteur diesel pour la propulsion de surface et un moteur électrique pour les opérations immergées. Le carburant diesel est moins volatil que le pétrole et est le carburant préféré pour les conceptions actuelles et futures de sous-marins à propulsion conventionnelle.
Les États-Unis lancent l'USS Nautilus - le premier sous-marin à propulsion nucléaire au monde. L'énergie nucléaire permet aux sous-marins de devenir de véritables "submersibles" - capables de fonctionner sous l'eau pendant une période indéfinie. Le développement de la centrale de propulsion nucléaire navale a été réalisé par une équipe d'ingénieurs de la marine, du gouvernement et des entrepreneurs dirigée par le capitaine Hyman G. Rickover.
Les États-Unis présentent l'USS Albacore avec une conception de coque "larme" pour réduire la résistance sous-marine et permettre une plus grande vitesse et maniabilité submergée. La première classe de sous-marins à utiliser ce nouveau design de coque est le listao USS.