Un sous-marin est un navire capable de se déplacer dans les trois dimensions, sous la surface de l'eau ; il se distingue ainsi des autres bateaux et navires qui se déplacent dans deux dimensions et uniquement à la surface, et des bathyscaphes qui ne se déplacent que selon l'axe vertical.

  On emploie également le terme de submersible, mais généralement pour qualifier les premiers sous-marins qui n'avaient en fait qu'une très faible autonomie en plongée.

  La plupart des sous-marins sont des navires de combat ; l'usage civil du sous-marin concerne, pour l'essentiel, la recherche océanographique et l'exploitation pétrolière. Son emploi à des fins touristiques ou de transport commercial reste anecdotique.

  L'immersion maximale d'un sous-marin militaire est de quelques centaines de mètres. D'une centaine de mètres pendant la Seconde Guerre mondiale, elle est passée à environ 300/400 mètres pour la plupart des sous-marins actuels. Elle atteint plusieurs milliers de mètres pour les sous-marins de recherche océanographique.

  Historique  
 En 1624, le scientifique hollandais Cornelis Drebbel, teste avec succès un sous-marin dans la Tamise, pour une commande du roi Jacques Ier d'Angleterre..

  En 1641, Jean Barrié lance à Saint-Malo le XVII, sur des plans du père Mersenne. Vaisseau métallique à rames, il pouvait accueillir jusqu'à quatre personnes et était muni d'un sas en cuir afin de faciliter son but premier : la chasse aux épaves.

  En 1775, l'Américain David Bushnell met au point sa Tortue construite entièrement en bois. Pour avancer, le pilote, seul à bord, faisait tourner une manivelle actionnant une hélice. Pour plonger, il ouvrait des ballasts. Pour remonter, il évacuait l'eau à l'aide d'une pompe.

  C'est en 1797 que l'ingénieur américain Robert Fulton construit le Nautilus en acier recouvert de cuivre. Long de 6,50 m, il était propulsé par une hélice actionnée à la main par les trois membres d'équipage. Il était équipé d'une charge explosive qu'il devait fixer sous les navires ennemis et déclencher à distance (difficile dans la pratique). Fulton proposa son invention à la France puis à la Grande-Bretagne qui la refusèrent tour à tour.

  En 1811, le Nautile sous-marin des frères Coëssin, construit en bois et propulsé par quatre rameurs, est assemblé et testé au Havre. Ses nombreux défauts font abandonner le projet.

  Le 28 juin 1856, en Espagne, Narcisse Monturiol plonge dans le port de Barcelone pour effectuer les premiers essais de l'Ictíneo, engin qu'il a conçu et fabriqué. En France, le commandant Bourgois et l'ingénieur Brun mettent au point en 1863 le Plongeur, premier sous-marin propulsé par un moteur (à air comprimé). Long de 42,50 m, il déplace 420 tonnes et embarque sept membres d'équipage. Son autonomie et sa vitesse restent limitées.

  Le 17 février 1864, pendant la guerre de Sécession, le CSS H.L. Hunley, un sous-marin confédéré propulsé par une hélice manuelle, devient le premier sous-marin à couler un navire ennemi en l'éperonnant pour y fixer une charge explosive déclenchée par un filin à distance de sécurité, le USS Housatonic, au large de Charleston ; il disparait en mer sans pouvoir regagner la côte, pour des raisons restées inconnues.

  Le premier sous-marin réellement opérationnel est le Gymnote de 1887, construit par les Français Henri Dupuy de Lôme et Gustave Zédé. Long de 17 m, il est propulsé par un moteur électrique de 50 chevaux, et atteint 8 nœuds en surface et 4 en plongée, manœuvré par un équipage de cinq hommes.

  En 1904, l'ingénieur français Maxime Laubœuf construit le Narval, un submersible équipé d'un périscope et de ballasts externes qui a la faveur de la marine de l'époque. Il est le premier sous-marin équipé d'une propulsion mixte : machine à vapeur en surface, moteur électrique en plongée. Tous les modèles ultérieurs suivront cette conception fondamentale, jusqu'aux sous-marins nucléaires.

  De 1914 à 1918, les submersibles fonctionnant grâce à une propulsion Diesel-électrique peuvent être engagés en grand nombre durant la guerre. Une batterie d'accumulateurs alimente un moteur électrique de propulsion. Les batteries sont rechargées par une génératrice entrainée par un moteur diesel, utilisé en surface ; en 1944, les Allemands améliorent le schnorchel (invention hollandaise), tube d'air qui permet aux U-Boots d'utiliser leur moteur diesel à faible immersion, et d'éviter de venir en surface où ils sont très vulnérables.

  A partir des années 1950, la propulsion nucléaire apparaît à bord des sous-marins, à la suite de l'USS Nautilus (SSN-571) de 1954. L'énergie nucléaire, totalement indépendante de l'atmosphère, permet aux submersibles de devenir de véritables sous-marins.