Το υποβρύχιο είναι ένας τύπος σκάφους που έχει σχεδιαστεί για να επιπλέει στην επιφάνεια και να πλοηγείται κάτω από την επιφάνεια του ωκεανού. Κυμαίνονται σε μεγέθη από πολύ μικρά υποβρύχια σχεδιασμένα για εξερεύνηση βαθέων υδάτων έως τεράστια πυρηνικά υποβρύχια που διατηρούνται ως μέρος ενός στρατιωτικού στόλου. Όλα λειτουργούν με τις ίδιες βασικές αρχές, ωστόσο, χρησιμοποιώντας την ιδιότητα της άνωσης να ανεβοκατεβαίνει στο νερό. Το παλαιότερο μοντέλο κατασκευάστηκε το 1600, αν και ήταν εξαιρετικά χονδροειδές και δεν μοιάζει καθόλου με τα σύγχρονά του.
Η σχεδίαση διπλού κύτους ενός υποβρυχίου περιλαμβάνει μεγάλους χώρους για δεξαμενές έρματος. Όταν οι δεξαμενές γεμίζουν με αέρα, το σκάφος είναι πολύ ελαφρύτερο από το νερό που εκτοπίζει καθώς κινείται μέσα στο νερό, επιτρέποντάς του να επιπλέει στην επιφάνεια. Ωστόσο, όταν ο αέρας εξαερίζεται ώστε να χυθεί νερό, το υποβρύχιο γίνεται βαρύτερο και αρχίζει να βυθίζεται. Το ακριβές βάθος του μπορεί να ελεγχθεί με την εισαγωγή περισσότερου νερού ή την πίεση του αέρα υπό πίεση στις δεξαμενές έρματος.
Το εργοστάσιο παραγωγής ενέργειας ενός υποβρυχίου έχει σχεδιαστεί για να είναι εξαιρετικά αποδοτικό, έτσι ώστε το σκάφος να μπορεί να πλοηγείται για μήνες κάθε φορά. Οι παραλλαγές ντίζελ χρησιμοποιούν καύσιμο ντίζελ συνδεδεμένο με συστήματα μπαταριών για να τροφοδοτούνται μόνα τους. Ένα πυρηνικό υποβρύχιο έχει ένα μικρό πυρηνικό εργοστάσιο. Με τη χρήση πυρηνικής ενέργειας, το σκάφος μπορεί να παραμείνει βυθισμένο για σημαντικό χρονικό διάστημα.
Μέσα σε ένα υποβρύχιο, οι συνθήκες τείνουν να είναι πολύ περιορισμένες. Είτε επιστημονικό είτε στρατιωτικό, είναι γεμάτο με εξοπλισμό που σχετίζεται με τη χρήση του και κάθε διαθέσιμη επιφάνεια χρησιμοποιείται στη μέγιστη χωρητικότητα. Το προσωπικό μπορεί να είναι εκατοντάδες σε μεγαλύτερα υποβρύχια, τα οποία απαιτούν επίσης εκτεταμένες υπηρεσίες υποστήριξης, όπως ιατρείο, αίθουσα αναψυχής και καταλύματα. Το εργοστάσιο ηλεκτροπαραγωγής πρέπει επίσης να χρησιμοποιείται για την παραγωγή οξυγόνου και τη διατήρηση του αέρα στο υποβρύχιο καθαρό, έτσι ώστε το εσωτερικό να είναι ένα υγιές περιβάλλον διαβίωσης.
Πολλοί άνθρωποι είναι εξοικειωμένοι με το περισκόπιο, μια συσκευή που χρησιμοποιείται για να κοιτάζει πάνω από το νερό ενώ ένα υποβρύχιο είναι βυθισμένο. Ένα περισκόπιο αποτελείται από ένα σύνολο καθρεφτών τοποθετημένων μέσα σε ένα μακρύ σωλήνα. Όταν εκτείνεται, ένας ναύτης βάζει το μάτι του/της στον θεατή και μπορεί να δει τι συμβαίνει πάνω από το νερό. Αυτό το εργαλείο μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την αναζήτηση απειλών, τον έλεγχο των καιρικών συνθηκών ή για άλλες γρήγορες γενικές εκτιμήσεις. Ορισμένα υποβρύχια διαθέτουν επίσης σύστημα αναπνευστήρα για την πρόσληψη φρέσκου οξυγόνου.