潜水艇的设计原理是借鉴了鱼鳔。潜水艇是受到鱼的启发并发明的。鱼有鱼鳔可以上下起伏，而潜水艇是根据鱼的结构来设计制造的。潜水艇下水后是封闭的，它里面有个大柜子，大柜子可以控制它上下起伏。
鱼体内的鳔，在肌肉控制下能收缩或者膨胀。收缩时鱼鳔体积变小，其内气体被排出，水的浮力变小，鱼就沉入水中，反之亦然。受此启发于是研发人员给潜艇也安装了类似鱼鳔的舱体，即主压载水舱，通过注水、排水实现潜艇的下潜上浮。
大型潜艇多为圆柱形，船中部通常设立一个垂直结构（舰桥），早期称为指挥塔（指挥台），内有通讯、感应器、潜望镜和控制设备等。如今的深海潜艇或专业潜艇常已无此设计。
潜艇最早可追溯到15-16世纪的列昂纳多·达芬奇。据说他曾构思可以水下航行的船，但这种能力向来被视为邪恶的，所以他没有画出设计图。直至一战前夕，潜艇仍被当成非绅士风度的武器，其被俘艇员可能被以海盗论处。