人類曆史上有文字記載的對潛艇進行研究的是意大利人倫納德。他於公元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著作——《發明》。他在書中提出，要建造一艘能夠潛入水中並能隨意浮出水麵的潛艇。
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，船內人員隻要劃動木漿，便會在水下運動，最多可載12名水手，能夠潛入水中3~5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、鬆木板、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"號的下麵，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，這艘叫作“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。水麵航行時用風帆推進，當它在水下航行或無風時，則把風帆折疊起來，用人力轉動螺旋槳推動潛艇航行。