Thiết kế tàu khu trục được tiến triển vào khoảng lúc chuyển sang thế kỷ 20 bởi nhiều cách chủ yếu. Đầu tiên là việc phát minh ra turbine hơi nước. Việc trình diễn không chính thức của chiếc Turbinia chạy bằng turbine một cách ngoạn mục tại cuộc Duyệt binh Hải quân Spithead năm 1897, mà đáng kể là nó có kích cỡ như một tàu phóng ngư lôi, đã thúc đẩy Hải quân Hoàng gia đặt hàng một tàu khu trục kiểu mẫu trang bị turbine, chiếc HMS Viper vào năm 1899. Đây là chiếc tàu chiến đầu tiên trên thế giới thuộc mọi kiểu được trang bị động cơ turbine, và đạt được một tốc độ ấn tượng 66,7 km/h (36 knot) khi chạy thử máy ngoài biển. Đến năm 1910, động cơ turbine đã được hải quân mọi nước chấp nhận rộng rãi cho những tàu chiến nhanh của họ.

Sự phát triển thứ hai là việc thay thế mái vòm kiểu mai rùa phía trước mũi bằng một cấu trúc thượng tầng kiểu lâu đài phía trước, cho phép đi biển tốt hơn và cung cấp nhiều khoảng trống ở sàn bên dưới.

Người Anh thử nghiệm động cơ đốt dầu cùng với lớp tàu khu trục Tribal vào năm 1905, nhưng tạm thời quay trở lại nguồn nhiên liệu là than cho lớp Beagle tiếp theo vào năm 1909. Hải quân các nước khác cũng áp dụng dầu, như là Hải quân Mỹ với lớp Paulding vào năm 1909.

Cho dù với những khác biệt trên, mọi tàu khu trục đều áp dụng một sự phân bố hầu như tương tự. Lườn tàu dài và hẹp, với mớn nước tương đối nông. Mũi tàu được nâng cao như cấu trúc thượng tầng pháo đài phía trước hoặc được che phủ dưới một vòm kiểu mai rùa; bên dưới đó là chỗ dành cho thủy thủ đoàn, kéo dài 1/4 đến 1/3 chiều dài dọc lườn tàu. Phía sau đó là chỗ khoang động cơ tối đa mà kỹ thuật vào thời đó có thể cung cấp: nhiều nồi hơi và động cơ hay turbine. Trên sàn tàu, một hay nhiều khẩu pháo bắn nhanh được bố trí trước mũi, phía trước cầu tàu; và thêm nhiều khẩu được gắn giữa tàu hoặc sau đuôi. Hai bệ phóng ngư lôi (sau này là những ống phóng nhiều nòng) thường được bố trí giữa tàu.

Trong giai đoạn từ năm 1890 đến năm 1914, tàu khu trục trở nên lớn hơn đáng kể: thoạt tiên 300 tấn là một kích thước tốt, nhưng cho đến khi mở màn Chiến tranh Thế giới thứ nhất, 1.000 tấn không phải là hiếm gặp. Tuy nhiên, việc chế tạo vẫn tập trung vào việc chất một hệ thống động cơ lớn nhất có thể lên một lườn tàu nhỏ, đưa đến một cấu trúc mong manh. Lườn tàu thường được chế tạo bằng thép chỉ dày có 3 mm (1/8 inch). Điều này giải thích cho việc các khu trục hạm cần tốc độ cực nhanh và rất dễ bị đánh đắm khi trúng đạn pháo của đối thủ, hay đôi khi chỉ cần duy nhất 1 quả ngư lôi địch.

Đến năm 1910, tàu phóng lôi gắn động cơ hơi nước không còn cần thiết như là một lớp tàu riêng biệt. Dù sao Đức vẫn tiếp tục đóng tàu phóng lôi cho đến khi kết thúc Thế Chiến I, mặc dù chúng hoạt động hiệu quả như là tàu khu trục duyên hải nhỏ. Trong thực tế, người Đức không phân biệt hai kiểu tàu này, đánh số hiệu lườn cho chúng theo cùng một loạt, và không bao giờ đặt tên cho tàu khu trục. Cuối cùng, thuật ngữ tàu phóng lôi (torpedo boat) gắn liền với một kiểu tàu hoàn toàn khác hẳn: xuồng máy lướt mặt nước (MTB: Motor Torpedo Boat) chạy bằng mô-tơ rất nhanh.

Cuộc sống trên tàu khu trục

Các tàu khu trục đầu tiên là những nơi cực kỳ chật hẹp để ở. Trên lớp Havock thủy thủ đoàn không thể nghỉ ngơi mà không bị quấy rầy, trong khi sĩ quan ngủ trên ghế nệm chung quanh phòng ăn chứ không có giường. Bụi nước và ẩm ướt làm cho cuộc sống thêm khốn khổ. Lớp tàu khu trục Anh đầu tiên có được phòng riêng cho sĩ quan hay lò sưởi cho thuyền trưởng là lớp River vào năm 1902.

Chiến thuật – Các trận chiến

Mục đích ban đầu của tàu khu trục là bảo vệ chống lại tàu phóng ngư lôi, nhưng hải quân các nước nhanh chóng đánh giá cao sự linh hoạt của kiểu tàu chiến nhanh và đa dụng. Phó Đô đốc Sir Baldwin Walker đã thảo ra những nhiệm vụ dành cho tàu khu trục của Hải quân Hoàng gia:[12]

• Bảo vệ sự di chuyển của hạm đội khi có nguy cơ xuất hiện tàu ngư lôi đối phương
• Truy tìm dọc theo bờ biển đối phương mà hạm đội phải vượt qua
• Canh chừng cảng đối phương nhằm mục đích quấy rối tàu ngư lôi địch và ngăn cản chúng quay về
• Tấn công hạm đội đối phương

Trận chiến lớn đầu tiên mà tàu khu trục tham gia là cuộc tấn công của Nhật Bản nhắm vào cảng Lữ Thuận vào lúc mở màn cuộc Chiến tranh Nga-Nhật vào năm 1904. Ba đội tàu khu trục đã tấn công hạm đội Nga trong cảng, bắn tổng cộng 18 quả ngư lôi, và làm hư hại nặng hai thiết giáp hạm Nga.