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En surface, les sous-marins dessinés comme l’Albacore ne se dirigent pas très facilement car cette étrave arrondie pousse plutôt l’eau qu’elle ne s’y taille la route. En plongée, c’est une autre histoire et, comme le disait l’un des premiers commandants de sous-marin nucléaire américain, "La seule chose que nous n’ayons pas faite, c’est de boucler la boucle ! "... dans un plan vertical, s’entend.
Le premier sous-marin atomique fut l’américain Nautilus achevé en 1954, trop tôt par conséquent pour avoir bénéficié des enseignements de I’Albacore. Il n’est que juste de dire que l’apparition du Nautilus fut pour la guerre navale une révolution comparable à celle qu’avait produite cinquante ans plus tôt ou presque le Dreadnought avec tous ses gros canons.

Voici qu’on avait enfin un vrai sous-marin, capable de rester en plongée, mais là, totalement en plongée, indéfiniment, car son endurance n’était limitée que par celle de son équipage.
Le réacteur du Nautilus était refroidi par un système d’eau sous pression. En raison de la nouveauté et, dans une certaine mesure, de l’incertitude de la propulsion atomique, l’US Navy mit au point un réacteur refroidi au sodium liquide qu’elle installa sur le Seawolf terminé en 1957. Mais ce type de réacteur ne fut pas un succès total et on l’enleva au bout de deux ans pour le remplacer par un système de refroidissement à eau sous pression analogue à celui du Nautilus. Mais auparavant, le Seawolf n’en avait pas moins battu un record en naviguant continuellement en plongée pendant 60 jours consécutifs au cours desquels il parcourut 13 000 milles. Ce record fut battu en 1960, lorsque le sous-marin nucléaire Triton de près de 8 000 tonnes - qui passait pour géant à l’époque : deux fois le Seawolf et le Nautilus — fit le tour du monde en plongée, couvrant 41 500 milles en 83 jours à la vitesse moyenne de 18 nœuds.
Les expéditions au pôle Nord de ces premiers sous-marins nucléaires, qui les menaient sous les glaces arctiques, démontraient avec éclat que les Américains étaient prêts à révolutionner la guerre navale. En effet, en faisant surface au milieu du pack, ces sous-marins ne risquaient pas de rencontrer d’opposition si ce n’est d’un de leurs congénères.
En Union soviétique, il semble que le premier sous-marin nucléaire ait été terminé en 1958. Si surprenant que cela paraisse, il n’y eut apparemment pas de prototype et la première série, les « Novembers », comprenait 13 bâtiments de la taille du Nautilus. Une unité de ce type, le Leninsky Komsomol, fut photographié au milieu de la glace, censément au pôle Nord.