Tàu ngầm, còn gọi là tiềm thuỷ đĩnh, không giống các tàu thuyền khác vì có thể chìm xuống hoặc nổi lên theo sự điều khiển. Khả năng này có được là do tàu có thể đưa nước và không khí vào hoặc rút chúng ra khỏi các ballast tank (bể trống).
1. Trọng lượng của tàu làm cho nó chìm xuống, nhưng tàu không thể chìm nếu có không khí trong ballast tanks. Hầu hết không khí này được bơm ra ngoài qua các van. Một số không khí được ép lại và giữ trong một tank nhỏ. Sau đó nước được bơm vào tanks làm cho tàu chìm xuống.
2. Khi tàu ngầm ở dưới nước, không khí được bơm trở lại các ballast tank cho đến khi tỷ trọng của tàu tương đương với nước chung quanh nó. Tàu lúc này có thể duy trì ở một độ sâu và di chuyển trong nước.
3. Khi muốn cho tàu nổi lên mặt nước, không khí được bơm thêm vào tank để đẩy nước ra ngoài.
Đa số các động vật sống dưới biển cũng dùng phương pháp này để ở trong một độ sâu thích hợp. Chẳng hạn, cá có bong bóng, chứa đầy không khí và thường chiếm 5% thể tích thân cá. Kích cỡ bong bóng có thể điều chỉnh cho lớn hoặc nhỏ để cá có thể ở trong vùng sâu nơi nó thường sinh sống. Ở mức độ này, trọng lượng thân thể cá cân bằng với sức nâng của nước nó phải chịu đựng.
Tàu ngầm được sử dụng để vận chuyển và nghiên cứu khoa học ở đại dương, giúp đạt tới độ sâu vượt quá khả năng lặn của con người. Tuy nhiên, đa số các tàu ngầm hiện nay được sử dụng trong lãnh vực quân sự, và các quốc gia đã thi đua đóng những chiếc tàu ngầm vĩ đại, có khả năng mang hỏa tiễn chứa đầu đạn hạt nhân.
Đó là loại Typhoon của Liên Sô, có chiều dài gần gấp đôi sân football (175m) và chiều ngang 23m, bề thế như một hàng không mẫu hạm, có khả năng lặn sâu tới 500m với thuỷ thủ đoàn 163 người và tầm hoạt động là 180 ngày lặn. Thực ra nó là hai chiếc tàu ngầm đặt cạnh được hàn lại với nhau. Tàu mang 24 hoả tiễn với đầu đạn nguyên tử có khả năng phóng đi từ dưới nước. Sáu loại tàu này được đóng, nhưng hiện nay chỉ còn một đang hoạt động.
Typhoon được Hải quân Liên Sô đóng để thi đua với loại tàu ngầm Ohio của Hoa Kỳ (có chiều dài 170m và chiều rộng 13m, cũng là loại lớn nhất của Mỹ).
Chiếc tàu ngầm quân sự đầu tiên mang tên Turtle đóng năm 1775 có hình trái acorn do một người Mỹ tên David Bushnell thiết kế, chỉ đủ chỗ cho một người ngồi. Đây là chiếc tàu ngầm đầu tiên có khả năng hoạt động và di chuyển dưới nước, dùng chân vịt để tạo sức đẩy.
