原子力潜水艦の大きな特徴として非常に長い潜航時間が挙げられる。原子力潜水艦はその名の通り原子力を使用するため核燃料棒の交換は数年から十数年に一度でよいため燃料切れとなることはまずない。また発電するために酸素を取り入れるが必要がなく乗員のための酸素も海水を電気分解することによってえられるため理論的には数年間潜航し続けることが可能である。しかし乗員の健康面や精神面、食料などの問題により実際には数ヶ月程度の潜航が限界である。ただ潜航時間がせいぜい数日である通常動力の潜水艦に比べれば十分に長い。

他の特徴としては通常動力の潜水艦に比べ速力が早いということが挙げられる。水中速力は通常動力の潜水艦の場合せいぜい20数ノットが限界であり、またその速度で航行した場合潜航時間が短くなってしまうが、原子力潜水艦の場合常時最高速度近くでの航海が可能で最高速度はものによっては40ノットを超えるといわれるものもある。(ロシアのアルファ級攻撃型原潜)

逆に原子力潜水艦の欠点としては原子炉の冷却水ポンプを常時動かす必要があるため通常動力の潜水艦に比べ静粛性が劣るということ、開発・運用に非常に金がかかる、用途廃止となったあとの核燃料棒の処理の問題、メルトダウンの危険性などが挙げられる。

その特性上原子力潜水艦は潜水艦の弱点である浮上をする必要がないため一部の原子力潜水艦は弾道ミサイルを搭載し核戦略の一端を担っている。このタイプのことを戦略ミサイル原潜などと呼ぶ。また弾道ミサイルを装備しないタイプの原子力潜水艦もあり、戦略ミサイル原潜への攻撃、艦隊の護衛、敵艦への攻撃などを行う。このタイプのことを攻撃型原潜などと呼ぶ。

世界最初の原子力潜水艦はアメリカ合衆国が開発したノーチラスで1954年に進水した。ノーチラスは世界ではじめて北極の下を潜航して横断したことでも知られる。

現在原子力潜水艦を運用している国を下に挙げる。