Hampir tidak ada perangkat keras yang lebih ikonik dari Perang Dingin daripada kapal selam bertenaga nuklir. Baik bertenaga nuklir, dan, dalam beberapa kasus, dilengkapi rudal nuklir, kapal selam ini telah mengelilingi lautan dunia sejak peluncuran kapal selam nuklir pertama, USS Nautilus, pada tahun 1954. Saat ini, lima negara (Amerika Serikat, Rusia, Prancis , Inggris, dan China) mengoperasikan ratusan kapal selam nuklir di seluruh dunia. Untuk semua negara ini, kapal selam peluncur rudal merupakan bagian penting dari triad nuklir, yang meliputi rudal darat, pembom strategis, dan kapal selam rudal balistik (SSBN).
Sebuah kapal selam nuklir memiliki keuntungan besar atas apa yang digantikannya – kapal selam bertenaga diesel. Kapal selam militer besar bertenaga diesel, yang dibangun sejak Perang Revolusi, membutuhkan udara untuk pembakaran guna menghasilkan listrik untuk baterai. Waktu menyelam dibatasi beberapa hari dengan kecepatan lambat, atau hanya beberapa jam dengan kecepatan tinggi. Kebutuhan untuk muncul kembali menempatkan kapal selam adalah risiko serangan yang besar. Sebaliknya, kapal selam bertenaga nuklir memiliki tenaga sendiri, dan waktu menyelam mereka umumnya hanya dibatasi oleh persediaan makanan yang tersedia dan kewarasan kru. Kapal selam nuklir modern dapat beroperasi selama 20 atau 40 tahun masa pakainya tanpa mengisi bahan bakar.
Kapal selam nuklir cenderung sangat mahal, sama mahalnya dengan pembom udara paling mahal dan canggih. Kapal selam kelas Virginia, seri yang saat ini sedang dibangun untuk Angkatan Laut Amerika Serikat, menelan biaya sekitar $1.8 miliar USD (Dolar AS) per unit, sebagian karena kurangnya skala ekonomi dan persyaratan keselamatan dan keandalan yang tinggi. Lambung kapal selam harus dibuat dengan cara yang sangat tepat agar kapal selam mampu mempertahankan tekanan lambung sebesar mungkin selama penyelaman dalam. Kapal selam nuklir modern memiliki kedalaman uji (kedalaman maksimum yang diizinkan selama operasi masa damai) sekitar 1,600 kaki (488 m), di mana tekanannya sekitar 48 kali lebih besar di permukaan.
Kapal selam nuklir, yang hanya dioperasikan oleh kekuatan nuklir dunia, umumnya dibagi menjadi dua kelas: kapal selam nuklir serang dan kapal selam nuklir rudal balistik. Kapal selam serang, seperti kelas Seawolf, Los Angeles, dan Virginia, dipersenjatai dengan puluhan torpedo dan rudal jelajah, yang dapat menyerang target yang jaraknya ratusan mil. Kapal selam rudal balistik, seperti kelas Ohio, masing-masing membawa 24 rudal balistik Trident berujung nuklir.