نیروی زیردریایی هسته ای از یک راکتور هسته ای که عقب زیردریایی قرار می گیرد تأمین می شود. راکتور هسته ای شبیه موتور بخار کار می کند که با حرارت دادن، آب را بخار می کند. راکتور، انرژی را در شکل اشعه گاما تولید می کند و با استفاده از یک نوترون گرم می شود تا یک اتم اورانیوم را بشکافد. 
آب گرم می شود و با لوله به توربینی می رود که انرژی مورد نیاز برای تأمین نیروی زیر دریایی را ایجاد می کند. سپس آب گرم شده سرد می شود و دوباره در داخل ژنراتور بخار به چرخش می آید. نیروی پروانه زیر دریایی به وسیله راکتور هسته ای تأمین می شود و زیردریایی را به جلو می راند.
راکتور هسته ای به وسیله یک پوشش فلزی ضخیم که وزن آن 100 تن است محافظت می شود. در داخل پوشش، یک آلیاژ با طراحی خاص برای محافظت از میله های سوخت رادیواکتیو وجود دارد. رآکتورهای هسته ای نیاز به اکسیژن ندارند. همین موضوع زیردریایی را از این که به طور متناوب به سطح بیاید و از بالای سطح هوای تازه بگیرد بی نیاز می کند.
راکتور هسته ای نیروی زیادی تولید می کند که باعث می شود زیردریایی با سرعت زیاد و برای مدت زمان طولانی کار کند. مدل های کنونی زیردریایی های هسته ای هرگز نیاز ندارند تا در طول عمر 25 ساله خود سوخت گیری مجدد کنند. با این حال هزینه های بالای راکتورهای هسته ای و تاریخچه سوانح جدی هسته ای که زیردریایی های هسته ای را نیز شامل می شود باعث شده تعداد نسبتاً کمی از کشورها زیردریایی های هسته ای داشته باشند.