Первыми ядерный реактор в качестве силовой двигательной установки использовать начали военные. В частности - подводники. Это было напрямую связано с новыми тактическими задачами, которые предстояло решать субмаринам с ядерными боезапасами. Они должны были совершать длительное автономное плавание без дозаправки и с крайне редкими всплытиями, дабы не обнаруживать себя в «подбрюшье» у потенциального противника.
Неоспоримым достоинством АПЛ в сравнении с дизель-электрическими субмаринами заключается в том, что аккумуляторы при подводном ходе не требуются. Атомный реактор превращает воду в пар, пар вращает турбину, та в свою очередь приводит в движение турбогенератор. Генератор запитывает ходовой электродвигатель.
Первой атомной субмариной стала американская лодка Nautilus водоизмещением 4222 тонн, принятая на вооружение ВМС США в сентябре 1954 года. Достоинство «атомного хода» вскоре было убедительно доказано: Nautilus подо льдом достиг Северного полюса. Силовая установка выдавала мощность 9860 кВт (13800 л.с.), обеспечивая скорость в 20 узлов. Дальность автономного плавания составляла 25 тыс. миль.
У лодки было два недостатка. Во-первых, турбины машины создавали сильную вибрацию, и Nautilus не слишком соответствовал требованиям скрытного перемещения. Во-вторых, свинцовая биологическая защита весила более 700 тонн, в связи с чем на лодку не удалось установить все запланированное вооружение.
Все эти недостатки удалось устранить в следующих поколениях субмарин.
Первой советской АПЛ стала К-3, появившаяся в 1957 году.