Основным недостатком ранних подводных лодок было отсутствие подходящего движителя. В 1880 году английский священник Джордж В. Гарретт успешно управлял подводной лодкой с помощью пара из угольного котла с выдвижной дымовой трубой. Огонь приходилось гасить до того, как судно погружалось под воду (иначе он исчерпывал запас воздуха в субмарине), но в котлах оставалось достаточно пара для прохождения нескольких миль под водой.
Аналогичным образом шведский конструктор орудий Торстен Норденфельт построил подводную лодку с паровым двигателем, приводимую в движение двумя гребными винтами. Его судно могло погружаться с помощью вертикальных винтов на глубину до 50 футов и было оснащено одним из первых практических торпедных аппаратов. Несколько стран построили подводные лодки по проекту Норденфельта.
Пытаясь преодолеть проблемы с движителями, два французских морских офицера построили в 1864 году 146-футовую подводную лодку Le Plongeur, оснащенную 80-сильным двигателем на сжатом воздухе, но судно быстро истощало свои воздушные баллоны, когда выходило на воду. Разработка электродвигателя, наконец, сделала электрическую тягу практически осуществимой. Подводная лодка «Наутилус», построенная в 1886 году двумя англичанами, была полностью электрическим судном. Этот «Наутилус», приводимый в движение двумя 50-сильными электродвигателями, работавшими от 100-элементной аккумуляторной батареи, развивал надводную скорость в шесть узлов (морских миль в час; один узел равен 1,15 стат. миль в час или 1,85 км в час). Но батарею приходилось подзаряжать и ремонтировать через короткие промежутки времени, и судно никогда не могло пройти более 80 миль без подзарядки. Во Франции Гюстав Зеде в 1888 году запустил Gymnote, который тоже приводился в движение электродвигателем и был чрезвычайно маневренным, но имел тенденцию выходить из-под контроля, когда пикировал.
Конец XIX века стал периодом интенсивных разработок подводных лодок, и Зеде участвовал в ряде проектов, спонсируемых французским флотом. Самым успешным французским подводным судном того периода стала лодка Narval, спроектированная Максимом Лаубефом, морским инженером военно-морского флота. Спущенное на воду в 1899 году, судно Narval было двухкорпусным, длиной 111,5 футов, приводилось в движение на поверхности паровым двигателем, а в погруженном состоянии — электромоторами. Балластные цистерны располагались между двойными корпусами, и эта концепция используется до сих пор. Нарвал» совершил большое количество успешных погружений. Дальнейший французский прогресс в области подводных лодок был отмечен четырьмя паровыми подводными лодками класса Sirène, построенными в 1900-01 годах, и Aigrette, построенной в 1905 году, первой дизельной подводной лодкой любого военно-морского флота.
В Соединенных Штатах успехов в создании подводных лодок добились также конкурирующие изобретатели Джон П. Холланд (ирландский иммигрант) и Саймон Лейк. Холланд спустил на воду свое первое подводное судно в 1875 году. Это судно и его предшественники отличались сочетанием водяного балласта с горизонтальными рулями для погружения. В 1895 году, конкурируя с Норденфелтом, Холланд получил заказ от ВМС США на подводную лодку. Это должна была быть лодка Plunger, приводимая в движение паром на поверхности и электричеством при погружении. Конструкция судна претерпела множество изменений и в итоге была заброшена до завершения строительства. Холланд вернул средства, выделенные военно-морским флотом, и построил следующую (шестую) подводную лодку за свой счет. Это была «Холланд», 53,25-футовое судно, спущенное на воду в 1897 году и принятое флотом в 1900 году. Подводная лодка Holland оснащалась электродвигателем, а на поверхности ее приводил в движение бензиновый двигатель. Вооружение субмарины состояло из носового торпедного аппарата, в который помещались три торпеды, и двух динамитных пушек. С экипажем из девяти человек Holland была успешной лодкой; ее много раз модифицировали, чтобы испытать различные варианты расположения гребных винтов, водолазных плоскостей, рулей и другого оборудования.
Главный конкурент Холланда, Саймон Лейк, построил свою первую подводную лодку, «Аргонавт I», в 1894 году; она приводилась в движение бензиновым двигателем и электромотором. Эта и другие ранние лодки Лейка предназначались для подводных исследований. В 1898 году «Аргонавт I» совершил плавание из Норфолка (штат Вирджиния) в Нью-Йорк на собственной тяге, опередив французский «Нарвал» и впервые продемонстрировав широкие возможности подводного судна в открытом море. Второй подводной лодкой Лейка стала «Протектор», спущенная на воду в 1901 году.
Из всех крупных военно-морских держав на рубеже веков только Великобритания оставалась равнодушной к подводным лодкам. Наконец, в 1901 году Королевский флот заказал пять подводных лодок голландской конструкции. Германия построила свою первую подводную лодку U-1 (Unterseeboot 1) в 1905 году. Длина этого судна составляла 139 футов, на поверхности оно приводилось в движение тяжелым нефтяным двигателем, а под водой — электромотором, и было вооружено одним торпедным аппаратом. Таким образом, была заложена основа для создания подводной лодки XX века — судна, которое на поверхности приводилось в движение дизельными двигателями, а под водой — электродвигателями, работающими от аккумуляторов, погружалось с помощью водолазных аппаратов и набирало водяной балласт, а также было вооружено торпедами для потопления вражеских кораблей. Каюты этих ранних лодок были тесными, сырыми и воняли дизельным топливом.
