原子力潜水艦（げんしりょくせんすいかん、英語: Nuclear submarine）は、動力に原子炉を使用する潜水艦のことである。原潜（げんせん）[1]と略されることもある。

以下では各国が保有する原子力潜水艦の構造・運用について説明するが、軍事機密になっていることから不明な事柄も多い。
概要オレンジの国は原子力潜水艦の保有国。通常動力型潜水艦の保有国(緑)に比べて遥かに少ないことが分かる。

原子力潜水艦の構造はもう一方の代表的な潜水艦の推進動力方式であるディーゼルエンジンを備えた通常動力型潜水艦と基本的な構造の点では同様である。

すなわち魚雷もしくはミサイルで水上または水中の敵艦船（ミサイルの種類によっては地上目標も）を攻撃でき、船体は涙滴型や葉巻型をしており、船体上部前寄りにセイル、船体前部側面かセイル側面に潜舵を備える。

原子力潜水艦と通常動力型潜水艦との大きな違いは、推進用スクリュープロペラを回転させるためのエネルギーの発生源である。原子力潜水艦では原子力すなわち核分裂反応により生成される熱エネルギーで水を沸かしてタービンを回すことでスクリューを回転させるのに対し、通常動力型潜水艦ではディーゼル機関などを作動させてバッテリーに充電し、モーターでスクリューを回している。その違いを反映して原子力潜水艦は通常型潜水艦より複雑な構造となっており、船体も大型となる。また、その運用を比較すると通常型潜水艦が沿岸域での運用を比較的得意とするのに対し、原子力潜水艦はより広い外洋域での運用を得意とする。ただし、これらの運用は専門化しているわけではない。

潜水艦の建造と原子力技術の双方を持つ国は限られており原子力潜水艦保有国は攻撃型原子力潜水艦を配備しており、これに対して弾道ミサイル潜水艦は通常型潜水艦では行えない潜水艦発射弾道ミサイル（SLBM）の発射プラットフォームとしての任務を担っており、攻撃型より大きな船体となる傾向にある。
特徴

以下に原子力潜水艦の特徴を示す。
原子力による駆動力の生成

原子力潜水艦では、高温高圧の水蒸気を発生させる熱源として原子炉が利用され、その水蒸気によるエネルギーを利用してスクリューを回すための駆動力を得ている。その駆動力生成の形式は2つに大別される。
水蒸気により蒸気タービンを作動させ、その蒸気タービンにより（適当な減速装置を介在させて）スクリューを回転させる、という原子力機関を利用するもの。

水蒸気により駆動したタービンにより一旦発電し、その電力を電動機に供給してスクリューを回転させるもの。

いずれにしても、原子力潜水艦では推進動力の生成のために原子力を使用する。以下は特に断りのない限り主に前者について説明し、後者は原子力ターボ・エレクトリック方式として説明する。
原子力による主機関加圧水型原子炉の構成概要

通常原子炉の冷却系は安全のために複数設けられている。なお原子炉自体の数は原子力空母では1つの艦に原子炉を2基以上備えているのに対し、原子力潜水艦では1基または多くても2基である。

原子力潜水艦の原子炉の形式は、現在までのところ一部例外を除いて加圧水型原子炉 (PWR) のみである。別の代表的な原子炉形式である沸騰水型原子炉 (BWR) が採用されたことはない。これは潜水艦においては海洋状態・気象・艦の機動によって船体が揺れたり傾いたりする可能性があり、沸騰水型では冷却水が炉心を十分に冷やせない事態が懸念されるためである。なお、沸騰水型原子炉との比較の上で加圧水型原子炉では、いくつかの機械要素を追加しなくてはならない。例えば、蒸気発生器、加圧水を循環させる強力な循環ポンプ及びその高圧配管ならびに2次冷却水のためのポンプ及び配管は加圧水型原子炉にのみ必要となる。このため、加圧水型原子炉では構造が複雑となるものの利点も生じる。つまり1次冷却水系統と2次冷却水系統が分離されているため、2次系にある蒸気タービンや復水器といった補機類の点検整備が放射線の危険から離れた位置で行うことが可能となるのである。ただし、1次冷却水が何らかの形で漏洩した場合はこの限りではなく、特に蒸気発生器は複雑で脆弱な配管構造を持ち、放射能漏れ事故の原因となり易い。実際に初期の原子力潜水艦においては信頼性が低く、これらの構造がしばしば事故の原因となった。

原子力潜水艦中における原子炉は鉛などが組み込まれた専用の耐圧隔壁で仕切られた原子炉区画の内部に設置されている。これは人体に有害な放射線を遮蔽して船内の他の領域を安全に保つためである。原子炉区画は艦の後ろ寄りに設けられていることが多く、艦の主要な部分を占める前部とタービンや操舵機などのある後部を結ぶため、鉛などで防護された狭い通路が原子炉区画の上部や側面を貫いている[2]。
長期間の連続潜航

原子炉の動作には酸素を必要としないため、長期間の連続潜航が可能である。また原子炉の核燃料棒の交換も数年から十数年に一度で済む。