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在庞大的海军装备体系中，为执行特殊的作战任务，潜艇的结构非常独特。潜艇的外形、动力系统和武器系统等都与其他舰船有着明显的区别。
在现代舰船家族中，潜艇的外形是最奇特的一种，除了几根竖立在艇外的天线和管道以及一座小小的塔楼外，潜艇表面非常平滑。钝钝的头部，细长且圆滚滚的身躯，尖尖的尾巴，看起来就像一条特大号的鲸鱼，所以潜艇也有“蓝鲸”的雅号。虽然少了水面军舰那样的威武和庄严，但潜艇低调的外表让人倍感神秘。
潜艇主要由艇体、操纵系统、动力装置、武器系统、观察设备、通信设备、导航设备等组成。艇上的设备按功能主要分为5个部分，分别是观察系统、通讯系统、导航系统、武器系统和机电系统。
潜艇脊背上凸起的塔楼称为指挥塔或舰桥，用围壳包裹起来，有人形象地称其为船鳍或帆罩，它是潜艇在水面航行、进出港口时艇长指挥艇员操作的场所。
在艇体外形方面，现代潜艇一般干舷很低，甲板很窄，上层建筑很少，只有一个舰桥。为了减小航行阻力，潜艇通常采用以下四种艇形。
常规型艇形是由水面舰艇演变而来，艇体细长，长宽比通常为11~12，艏部做成类似水面舰船艏部的形状，可以降低航行时的兴波阻力。一战和二战时期的潜艇大多采用常规型艇体设计。
美国二战期间的潜艇均采用常规型艇形，图中为美国的“冰鱼”（Icefish）号（SS-367）。
采用常规型艇形的潜艇，其艇艏部分与水面舰艇非常相似。
为了让潜艇在海面上获得更好的适航性，艏部有很大的脊弧并设有浮力舱，依靠浮力舱提供的浮力来改善潜艇在风浪中的埋首现象。艇身的侧面形状也与水面舰艇相似。这种艇形适宜于水面航行，但不利于提高水下航速。代表型号为一、二战时期的德国U型潜艇。
建成后的美国“鹦鹉螺”号核潜艇下水，其艇艏为直首柱。
图为德国海军二战期间的U-995号VII-C-41型潜艇。
随着对潜艇水下航速要求的不断提高，人们对常规型潜艇的艇形进行了一系列的改进，例如减少甲板的宽度，取消首脊弧和浮力舱，取消艇艏的前倾角，改为直首柱等。代表型号为美国的“鹦鹉螺”号核潜艇。
美国“鲟鱼”级攻击型核潜艇采用了典型的水滴形艇形设计。
现代潜艇中采用的艇形大多是水滴形和水滴形的变体。水滴形是一种类似海豚体形的设计。它形似一滴水滴，艇艏呈圆钝的纺锤形，潜艇的横剖面为圆截面，艇身从舯部开始向后逐渐变细，艉部呈尖尾状，长宽比为7~8，是20世纪50年代以后发展的一种新艇形。
在艇体周围的水流平滑匀称，艇体的形状阻力小，水滴形的尖尾又一般采用低转速、大直径的单浆，可以提高推进效率。这些设计都有利于艇的水下航速，同时还能降低螺旋桨的噪声，提高潜艇的隐身性。
但水滴形潜艇的水面航行性能较差，艇艏容易上浪。适合于长期水下航行的潜艇，例如攻击型核潜艇，代表型号为美国“鲟鱼”级、“洛杉矶”级、“海狼”级攻击型核潜艇等。
美国“海狼”级攻击型核潜艇采用典型的水滴形艇形。
类水滴形艇形是水滴形艇形的变体，通常是在艇体舯部加入一段圆柱形艇体，这种艇形也称为“拉长的水滴形”，其水动力性能与普通水滴形差不多。由于艇体较长，适合在舯部装载导弹，所以该艇形常应用于弹道导弹核潜艇，例如“俄亥俄”级弹道导弹核潜艇、“凯旋”级弹道导弹核潜艇等。
美国“俄亥俄”级弹道导弹核潜艇采用了类水滴形艇形。
鲸鱼形艇形比较独特，艇艏类似流线型，呈长椭圆形，其余部分与水滴形艇体类似。该艇形主要适用于常规潜艇。
图为德国214级常规潜艇的模型。
潜艇为了能承受深海的高水压，必须采用耐压的艇体结构。耐压艇体结构是由一些圆柱壳体、圆锥壳体和首尾端部舱壁组成的。仅有耐压艇体结构是不够的，还需要用非耐压艇体结构将其全部或部分包裹起来，以使潜艇具有光顺的表面，从而减小水下阻力。
现代潜艇的艇体结构根据包裹程度的不同，可分为单壳体、双壳体、个半壳体结构和单双混合壳体四种。
美国很早就开始采用单壳体结构建造潜艇，图为“乔治·华盛顿”级弹道导弹核潜艇的一段艇体。
单壳体潜艇的艇体由耐压壳体组成，耐压壳体外没有包裹层，直接裸露在外，主压载水舱布置在耐压艇体内。由于少了一层外壳体，艇体结构较为简单。艇体外表面的流水孔少，艇体的光顺度好，湿表面积小，水下航行时遇到的阻力更小，潜航速度也很快。
此为美国“弗吉尼亚”级多用途核潜艇的一段艇体，属于单壳体结构。
图为正在建造中的美国“长尾鲨”级攻击型核潜艇的一段艇体，采用单壳体结构。
此外，单壳体潜艇在工程施工量上要比双壳体潜艇少，建造时间相对较短，有利于扩大建造产量，降低单艇建造成本。不过，单壳体潜艇对于艇体材料的屈服度和建造工艺的要求较高。并且单壳体潜艇的抗击打力较差，操控性能也不及双壳体潜艇。
采用单壳体结构研制潜艇的国家主要为欧美国家，包括美、英、法、德等。美国的“海狼”级攻击型核潜艇、英国的“特拉法尔加”级攻击型核潜艇、法国的“红宝石”级攻击型核潜艇、德国的209和214级以及瑞典的“哥特兰”级常规动力潜艇等，都是典型的单壳体结构潜艇。
双壳体潜艇的艇体分内壳和外壳。内壳为采用高强度钢或合金材料制成的耐压艇体，全部被非耐压的外壳体包裹。外壳除了舯部有一段是耐压壳体（耐压液舱）外，其余都是非耐压外壳。两层壳体之间形成舷侧空间，潜艇的主压载水舱、燃油舱、燃油压载水舱、浮力调整舱等都布置在这里。
图为正在建造的德国214型潜艇的某个单壳体艇体分段。
双壳体潜艇比单壳体潜艇多了一层壳体和舷侧空间，结构要比单壳体潜艇复杂一些。双壳体潜艇的储备浮力大，潜艇内部舱室小且数量较多，这种设计的最大好处是潜艇结构强度大，抗沉能力强，下潜深度大，一般可达300~600米。
前苏联研制的“台风”级弹道导弹核潜艇采用了双壳体结构，但是其结构比较奇特，其外壳中包含了两个完整的耐压壳体。
图为正在建造中的某双壳体潜艇的分段。
随着现代反潜技术的不断提高，传统的双壳体结构因为水下吨位大，很容易被搜索距离远、跟踪精度高、抗干扰能力强的现代鱼雷侦察和跟踪到，且成功规避的几率越来越低。此外，现代鱼雷采用的侧瞄基阵能保证其垂直命中艇体，连续的聚能战斗部和高能量的爆破装药可以有效击破像“奥斯卡”级和“台风”级等双壳体潜艇。这些因素都给双壳体潜艇带来了极大的威胁。
采用双壳体结构研制潜艇的国家主要有前苏联、俄罗斯、中国、日本等，特别是前苏联，其二战后建造的各种型号的潜艇，包括Z级、W级、F级、R级和K级常规潜艇以及N级、A级、V级、C级、Y级、D级、“奥斯卡”级和“台风”级等核潜艇都采用了典型的双壳体结构。
双壳体潜艇的缺点在于排水量较大，从而带来的阻力大，并且还有噪音大和航速慢等问题。另外，由于其结构复杂，使得潜艇的建造与维修比较困难。特别是靠近潜艇首尾两端的部分，空间十分狭窄，建造施工、检查以及涂装等都难以进行。这也是双壳体潜艇退役后大多直接拆解的重要原因。
个半壳体结构，除耐压艇体外，在耐压艇体的中上部，还有一层外壳包覆，形成双层壳体区域，布置有耐压和非耐压液舱等，耐压艇体的底部仍裸露于外，同单壳体结构相比，艇的内部空间和外部线型得到改善。
从潜艇的发展历程来看，大多数潜艇都采用单壳体结构或双壳体结构，而采用个半壳体结构的潜艇较少。特别是在二战之后，采用个半壳体结构的潜艇几乎绝迹。
前苏联研制的“奥斯卡（Oscar）”级（O级）巡航导弹核潜艇，采用双壳体结构，其艇体能承受2~3枚鱼雷的攻击。
单双混合壳体结构，顾名思义，就是艇体部分为单壳体、部分为双壳体，这与个半壳体有些相似，但有些区别。
单双混合壳体结构是在20世纪50年代出现的结构形式，可使潜艇的水下排水量尽量减小，减少艇体浸湿表面积，提高水下航速，还能提高重点部位的抗击打能力。
德国研制的212型常规潜艇，采用以单壳体为主的混合壳体结构。
随着潜艇技术的飞速发展，潜艇壳体结构设计日趋完善和成熟，不再以传统的单、双壳体结构为主流，而是以实用为主。德国和日本的潜艇分别从单一的单壳体和双壳体结构转向了以单壳体为主的混合壳体形式，法国和俄罗斯的常规潜艇也从双壳体转向了单壳体结构。传统的小分舱大储备浮力的双壳体结构，被边缘化的趋势越来越明显。
究其根源，是由于现代反潜技术和潜艇科技的发展。以德国的转变为例，研制212级潜艇时，为了在舷侧布置AIP动力所需的贮氢钢瓶，采用了以单壳体为主的混合壳体结构，体现了其潜艇建造更为务实、更加变通的设计思想。而日本、俄罗斯等国的转变则更多的体现了现代发达的反潜技术对潜艇壳体结构的重要影响。
不论单壳体潜艇还是双壳体潜艇，其耐压壳体内都会用耐压隔板分隔成多个密封的舱室，用于布置指挥控制系统、动力装置、武器以及艇员生活设施等。这种设计不仅仅是为了便于安置各种不同的设备，避免工作的相互干扰，最重要的原因是为了提高潜艇的生存能力。因为潜艇作为战用舰艇，在平常训练和战斗中容易受损，如果不分隔出多个舱室，一旦某处壳体发生破裂，海水将会迅速灌满全艇，导致潜艇很快沉没。
正在建造的美国“弗吉尼亚”级攻击型核潜艇，该潜艇内部也划分了多个分舱。
一般在潜艇的艏部、舯部和艉部都设置有出入口，艏部和艉部一般用于武器补给，而人员出入口一般位于舯部甲板上，食品的补给也可以通过舯部的出入口来完成。
耐压壳体内分隔出多个舱室，各舱室间的通道全都安装有水密门，这种水密门能承受很大的水压，平时关好，只有人员需要通过时才打开。当某个舱室破损进水时，只要密封好该舱室与其他舱室之间的水密门，其他舱室就不会受到很大的影响，潜艇不至于沉没，受伤轻微的潜艇还能继续执行战斗任务。
潜艇内各个舱室之间都会安装这样的水密门。
潜艇在建造时，就会按照需求对内部进行划分，将其划分为多个不同的舱室。
潜艇各舱室间的水密门通常处于关闭状态，只有当有人需要通过时才开启。
现代潜艇分隔舱室的多少一般依据潜艇的大小和需要而定，最少的潜艇舱室只有3个，最多的超过102个，大部分潜艇的舱室都在6~15个之间，双壳体潜艇的舱室会更多些。
通常，潜艇的艏部为鱼雷舱和居住舱，然后是指挥舱，接着就是导弹舱、动力舱等，部分潜艇艉部带有鱼雷舱。然而，不管什么潜艇，都包括指挥舱、武器舱和动力舱。
图为潜艇内部的走廊。
指挥舱是潜艇的指挥中心，负责控制和指挥各种设备和武器，以保障潜艇的正常航行和自身安全。当搜索仪器发现目标后，及时发出指令，对敌实施精确打击。指挥舱是人员比较集中的地方，设有艇指挥部、舵机操纵战位、潜浮系统操纵战位、通信战位、雷达声呐战位、武器发射系统控制战位等，采用遥控装置与自动化系统进行指挥和控制。
图为美国“弗吉尼亚”级潜艇内部舱室的一角。
潜艇的指挥室负责控制和指挥各种各样的设备。
指挥舱一般位于指挥塔围壳内部或下部，其中布置有潜望镜、柴油机通气管、无线电通信设备、雷达和雷达侦察告警接收机、无线电定向仪等各种升降装置。早期潜艇在此处还布置一个指挥室，艇长在这里指挥航行和作战。现代潜艇大多都将指挥室转移到指挥舱，而围壳处被设置为逃生舱（鱼雷发射管也是艇员水下脱险的出口）。
图为潜艇的驾驶室，对潜艇的航行状态进行控制。
潜艇作为一种重要的战术、战略兵器，武器舱是存放和发射导弹、鱼雷和水雷等各种武器的舱室，根据潜艇的大小和作战任务的不同，武器舱可以有1个或多个。
常规潜艇的艏、艉舱室一般为鱼雷舱，艏舱内一般安装4~6具鱼雷发射管，最多8具，艉舱内一般安装2~4具鱼雷发射管。通常鱼雷舱内还存放有10枚以上的备用鱼雷或可由鱼雷发射管发射的各型导弹。
潜艇的鱼雷舱中储备了不少鱼雷。
弹道导弹潜艇和巡航导弹潜艇一般都单独设置导弹舱，用于布置导弹发射筒及其发射控制系统，导弹舱一般位于潜艇的舯部，这样有利于平衡导弹发射时产生的反作用力。
弹道导弹潜艇独有的导弹舱，其中布置有导弹垂直发射筒和发射控制系统。
除了鱼雷和导弹外，当潜艇执行布雷任务时，还需要携带水雷。水雷可以通过鱼雷发射管布放，此时鱼雷舱会部分或全部用于存放水雷。
鱼雷舱中的鱼雷发射管一般有4~6具。
近年来，水下探测越来越重要，部分潜艇为了提高声呐的工作效率，将艏舱改为声呐舱，鱼雷发射管则布置到舯部。
动力舱用于布置潜艇的动力装置，包括主动力装置、辅助推进装置以及备用装置等。动力舱一般靠近潜艇的艉部，根据使用动力装置的不同，可分为核动力舱和常规动力舱。核动力舱包括反应堆舱、主机舱和辅助动力舱等；常规动力舱则包括柴油机舱、电动机舱、蓄电池舱和辅机舱等，此外，还有带动螺旋桨旋转的设备所在的尾轴舱。
图为潜艇的主动力舱。
潜艇的辅助动力机舱，其动力装置一般为电动机，用于水下航行。
图为潜艇主动力舱中的主动力装置。
现代潜艇的艉部结构根据艇形大致可分为两种类型，即常规型艉部结构和尖艉结构。
图为英国早期研制的“奥伯龙（Oberon）”级常规潜艇。
常规型艉部结构是指常规艇形的艉部结构，其基本布局是：在艉部左右两舷各布置一个螺旋桨，在螺旋桨的后面有两个艉水平舵，全艇最末端有一个垂直舵。二战以前的潜艇，基本上都采用这种艉部结构。
二战后很长一段时间，很多国家建造的潜艇仍然采用了常规艇形的艉部结构，例如美国的“刺尾鱼”级、英国的“奥伯龙（Oberon）”级、法国的“桂树神”级、德国的206级和207级、日本的“大潮”级和“早潮”级潜艇。前苏联应用得最多，其W级、Z级、F级和R级常规潜艇，乃至第一代核潜艇N级都采用了这种艉部结构。
尖艉结构的基本布置是：在潜艇的艉部装有呈十字形布局的水平稳定翼和垂直稳定翼，左右舷各有一个水平稳定翼，上下方各有一个垂直稳定翼，每个稳定翼上各有一块舵板，而螺旋桨则装在艇体的最末端。这种尖艉结构一般都是与潜艇的艇形相互配合的，具有水滴形艇形的核潜艇基本上都采用尖艉结构。
现代潜艇大多采用尖艉结构。
俄罗斯研制的“基洛”（Kilo）级常规潜艇被称为“当今世界上最安静的潜艇”，从而获得了“大洋黑洞”的称号。
尖艉结构最初应用在美国于20世纪50年代建造的“大青花鱼”号试验潜艇上。到了70年代中后期，随着潜艇水下航速的提高以及反潜技术环境的制约，尖艉结构的优势逐渐显现，很多国家的潜艇也开始采用这种结构。到目前为止，大多数潜艇都采用了这种艉部结构，例如美国的“洛杉矶”级攻击型核潜艇、俄罗斯的“基洛”级常规潜艇等。
图为美国“洛杉矶”级攻击型核潜艇。