Tàu ngầm hạt nhân (tiếng Anh: Nuclear submarine) là một loại tàu ngầm vận hành nhờ năng lượng của phản ứng hạt nhân. Loại tàu ngầm này có những lợi thế về hiệu năng hoạt động so với tàu ngầm diesel - điện rất đáng kể. Nhờ có sự đẩy hạt nhân, mà loại tàu này không còn phụ thuộc vào sự đẩy không khí, do đó tàu ngầm không nhất thiết phải nổi lên mặt nước thường xuyên. Mặt khác, với nguồn năng lượng khổng lồ từ hạt nhân, tàu ngầm hạt nhân có thể vận hành tốc độ cao trong một thời gian dài, và thời gian tiêu thụ nhiên liệu cũng được mở rộng, chỉ trừ trường hợp phải tiếp tế đồ ăn. Với thế hệ tàu ngầm hạt nhân hiện tại thì nó có thể vận hành trong 25 năm liên tục mà không phải nạp nhiên liệu.[1] Trái lại, với nguồn năng lượng hạn chế của các pin điện, thì ngay cả tàu ngầm tiên tiến nhất loại thường cũng chỉ hoạt động được vài ngày ở tốc độ thấp, vài giờ ở tốc độ cao; những tiến bộ về bộ phận đẩy không khí gần đây đã làm giảm thiểu bất lợi này. Thế nhưng, hiện chỉ có một vài quốc gia chế tạo tàu ngầm hạt nhân vì chi phí cho công nghệ hạt nhân là rất cao. Mặt khác, đã có một vài tai nạn hạt nhân thảm khốc, đã làm ảnh hưởng xấu tới việc chế tạo tàu ngầm hạt nhân của Liên Xô.[2][3]