早在19世纪50年代，法国海军的一名工程师就提出了改装机械动力潜艇的建议，许多人也进行了这方面的尝试。
1863年，法国建成了一艘“潜水员”号潜艇。艇体模仿海豚的外形设计，长42。67米，排水量420吨。使用一部功率为59千瓦（80马力）的蒸汽机作动力，速度为2。4节，能在水下潜航3小时，下潜深度为12米。由于“潜水员”号采用了蒸汽机作动力，尺寸超过了当时所有的潜艇，成为了20世纪之前最大的一艘潜艇。虽然“潜水员”号潜艇的动力装置有了质的飞跃，但它却受当时设计水平的限制，当增加压载使其浮力等于零时，潜艇下潜就失去了控制，水下航行的稳定性很差。另外，潜艇在水下航行时需要大量的空气，而这在当时几乎是无法解决的问题。于是，“潜水员”号最终以失败而告终。
蒸汽机作为潜艇的动力失败后，潜艇设计师们不得不另辟蹊径，为潜艇寻找更好的动力装置。1886年，英国建造了一艘使用蓄电池动力推进的潜艇（也被命名为“鹦鹉螺”号）成功地进行了水下航行，航速为6节，续航力约80海里。从此，电动推进装置为潜艇的水下航行展现了广阔前景。
但对现代潜艇的发展作出过最大贡献的，当属美国潜艇设计师——约翰？霍兰。
约翰？霍兰1841年出生在爱尔兰利斯凯纳镇，父亲是英国海岸警卫队的一名雇员。父亲的职业使霍兰从小就对海洋及战舰充满了好奇。中学尚未毕业时，父亲不幸病故，年轻的霍兰被迫结束学业，到一所学校担任理科教员，以挑起家庭生活的重担。在此期间，霍兰一边工作，一边设计潜艇。1873年，霍兰辞去了教师工作，带着他的潜艇设计图纸到了美国。在美国，他一边在一个都教会学校教书，一边完善着他的潜艇设计图。
1875年，霍兰将建造新型潜艇的计划送交美国海军部。但是，美国海军对3年前支付5万美金建造的一艘名为“智慧之鲸”的小型手操潜艇的沉没仍然记忆犹新，因此断然拒绝霍兰的计划。遭到拒绝的霍兰却没有因此而却步，他很快就得到了流亡美国的由爱尔兰一些革命者组成的“芬尼亚社”的大力资助。在“芬尼亚社”的支持下，经过3年时间的努力，霍兰终于在1878年将自己的第一艘潜艇送下了水。
该潜艇被命名为“霍兰－Ⅰ”号，是一艘单人驾驶潜艇。艇长5米，装有1台汽油内燃机，能以每小时3。5海里的速度航行。但由于潜艇水下航行时内燃机所需空气的问题没有解决，故潜艇一潜入水下发动机就停止了工作。虽然这是一艘不成功的潜艇，但霍兰却在它的身上积累了经验，为下一步建造新的潜艇打下了基础。
这时，“芬尼亚社”对霍兰的潜艇研制提出了要求：所建造的潜艇，大到足以能有效地进行作战，小到使其能够塞进特制的商船船舱。这种商船要求可以装成民船的模样横渡大西洋。当遇到敌舰后，特殊商船将潜艇放出以攻击敌人。按照这一特殊要求，1881年，霍兰建造成功他的第二艘潜艇，命名为“霍兰－Ⅱ”号（也称“芬尼亚公羊”号）。该艇长约10米，排水量19吨，装有一台11千瓦的内燃机。为解决纵向稳定性问题，霍兰为潜艇安装了升降舵。同时，他还在艇上安装了一门加农炮，使得“芬尼亚公羊”号潜艇既能在水下发射鱼雷，又能在水面进行炮战。“芬尼亚公羊”号的建成给公众以极大的鼓舞，在潜艇发展史上也被认为是一个重要的里程碑。
19世纪80年代末期，潜艇的发展引起了更多国家的兴趣。1893年，长约45。7米、排水量为266吨的“古斯塔夫？齐德”号潜艇在法国下水了。它以电动机带动螺旋桨推动。在当时各国所出现的潜艇中，它是最先进的一艘。
“古斯塔夫？齐德”号潜艇的成功促使霍兰更加努力了。但就在霍兰全力以赴投入他的第三艘潜艇制造之中时，“芬尼亚社”的一些成员对霍兰无终止的试验丧失信心，并在一天黑夜将“芬尼亚公羊”号以及建造中的第三艘潜艇偷偷地运走了。从此，霍兰与“芬尼亚社”分道扬镳。
失去了“芬尼亚社”的资助，霍兰只得暂时停下潜艇的研究而到一家汽枪公司担任了描图员的工作。但是不屈的科学家永远不会为困难所吓倒。在朋友们的大力支持下，他兴办了“肛鱼潜艇公司”。这时他与炮兵上尉扎林斯基合作，又建造了他的第四艘潜艇“扎林斯基”号。1886年，当“扎林斯基”号建成下水时，因滑道倒塌而全艇被毁。“扎林斯基”的失败，反而使霍兰有了暂时的喘息余地。
几乎就在霍兰失败的同时，西班牙却有一个名叫艾萨克伯尔的海军上尉于1889年设计了一艘由时机推进的潜艇。不幸的是，因为艾萨克伯尔与上司不和，其上司竟然不顾国家利益而否定了他的计划。
美国政府得知这一消息后，为了在与西班牙的竞争中取胜，由海军部于1893年举办了一次潜艇设计大赛。霍兰大这次大赛中技压群芳，荣登榜首。大赛的胜利使霍兰于1895年接到了制造一艘潜艇的定货单，并从美国海军部得到了15万美元的经费。于是霍兰又开始了他的第五艘潜艇的设计。
为了建造一艘像样的潜艇，霍兰从一开始就注意解决那些潜艇史上阻碍潜艇发展的问题。为此，他反复研究并数易方案，终于建成了他的第五艘潜艇——“潜水者”号。该艇长26米，拥有水面航行的推进装置？？蒸汽机动力装置和水下潜航的推进装置？？电动机。 “潜水者”号由此成为了潜艇双推进系统的鼻祖。但是，美国海军部出于战争的需要，在“潜水者”号建造期间，就要求霍兰能够使“潜水者”号用于水面作战。但霍兰却认为，按照这种要求是不会制造出满意的潜艇的。于是，霍兰放弃了“潜水者”号的建造工作，归还了海军部的经费，开始用自己的钱来设计建造一艘新潜艇。
1897年5月17日，时年56岁的霍兰终于成功地制造出了“霍兰－Ⅵ”号潜艇。该艇长15米，装有33。1千瓦（45马力）汽油发动机和以蓄电池为能源的电动机，是一艘采用双推进的最新潜艇。在水面航行时，以汽油发动机为动力，航速可达每小时7海里，续航力为1000海里。在水下潜航时，则以电动机为动力，航速可达每小时5海里，续航力50海里。该艇共有5名艇员，武器为一具艇首鱼雷发射管（有3枚鱼雷）和2门火炮（向前、向后各1门），火炮瞄准靠操纵潜艇艇体对准目标。该艇能在水下发射鱼雷，水上航行平衡，下潜迅速，机动灵活。这是霍兰一生中设计和建造出的最后一艘潜艇。为了纪念这位伟大的先驱者，人们将其称为“霍兰”号。双推进系统在该艇上的运用，使这艘潜艇取得了潜艇发展史上前所未有的成功，从而奠定了霍兰作为“现代潜艇之父”的地位。
但是霍兰的成就并没有给他本人带来任何好处。由于美国海军部一些官员的偏见和挑剔，这艘潜艇不仅未被海军部采用，反而使这位大发明家受到了恶毒的嘲讽。无情的打击使时年63岁的霍兰愤然辞职。从此，一代潜艇巨匠被迫停止了其心爱的事业，并最终因肺炎病逝，终年73岁。
尽管“霍兰”号潜艇取得了辉煌的成就，但在19世纪末20世纪初，法国在潜艇这一领域也同处领先地位。1899年，由法国科学家劳贝夫于设计的“纳维尔”号潜艇在法国下水。
“纳维尔”号与其他潜艇不同处在于，该艇在其内壳之外又包上了一层外壳。这使得“纳维尔”号既有一个酷似鱼雷艇似的外壳，又有一个按照潜艇要求设计的内壳，艇员及所有装备都装在耐压的内壳之中。内外壳之间的空间被充作压载水柜，并以此控制潜艇下潜和上浮。当该艇排除压载水柜中的水之后，即可像鱼雷艇一样具有良好的适航性，使得其水面航行的速度达每小时11海里，续航力为500海里；当压载水柜中注满水之后，“纳维尔”又将与早先潜艇一样，它的水下短距离航速可达每小时8海里，即使在水下航行数小时，其水下航速也可达每小时5海里。
不过，也有一种意见认为，双层壳体结构并非起源于“纳维尔”潜艇，而是由美国青年西蒙？莱克首创。19世纪90年代，西蒙？莱克由于受了法国著名科普作家儒勒？凡尔纳的科幻小说《海底两万里》的影响，单枪匹马地投入到潜艇的研究之中。
莱克从亲戚那里借来一笔钱，经过努力，于1893年建成了他的第一艘潜艇？？“小亚古尔爸爸”号。“小亚古尔爸爸”号也许是潜艇史上自“海龟”艇以来最不像样的潜艇。它看上去像一个特大的木柜子，长4。2米，高1。5米。艇体以松木板内衬帆布垫建造而成。艇体上方有个小舱盖，艇底安有三个木头轮子（前面一个，后面两个）。轮于是由手摇曲柄带动行走的，“小亚古尔爸爸”艇与其他潜艇相比独具匠心。它没有用于注排水的羊皮口袋或水泵、水箱等，而是采用装载足够重的压载物使之沉到海底，接着在海底用轮子滚动推进，如果要上升到海面，只要把压载物抛掉，艇体即可上浮。
不过，莱克最初建造潜艇并非为了军事目的，而完全是被迷人的海底生物所吸引。他从建造“小亚古尔爸爸”一开始，就想到能从潜艇中走出来，以便采集海底生物。所以他在潜艇中安装了空气压缩设备，并设置了一个空气闸舱。莱克使压缩空气设备所产生的空气压力与艇外海水压力相等，这样打开空气闸舱的舱门，人们便可以穿着潜水服从艇中走出来，而海水却不会涌进闸舱。人们将这种使海水不能涌进艇内而人能从艇的舱口自由进出的闸舱门叫做气门或水门。在气门的帮助下，莱克和他的伙伴，在迷人的纽约湾海底，采集了大量的海洋生物，度过了许多愉快的时光。
之后，莱克开始对“小�