核潜艇与常规潜艇的本质区别是动力装置不同，即核潜艇是由核动力装置驱动的，而常规潜艇通常是由柴油机和电动机联合装置驱动的（当然也有AIP动力，但仍是作为辅助动力）。由于两种潜艇的作战使命不同，使它们在艇型、战术技术性能和造价等方面也存在较大的差异。
核动力装置比常规装置占用的空间大得多，执行战略任务的核潜艇携带的武器（特别是战略导弹）也多，所以军用核潜艇的体形比常规潜艇大得多，吨位重得多。核潜艇中的“大哥大”当属俄罗斯的台风级弹道导弹核潜艇，它的吨位（水下排水量）高达26500吨，全长171.5米，差不多有一个半足球场那么长。就是世界上最小的军用核潜艇——法国的鱼雷攻击型核潜艇红宝石级也有2670吨重，73.6米长；而常规潜艇的动力装置较小，且一般不装备战略导弹，其吨位一般为1000—3000吨，艇的长度一般不超过80米。也就是说，目前最大的军用常规潜艇只相当于最小的军用核潜艇。核潜艇大有大的优点，如可以布放更多的武器、食品和探测装置，改善人员的工作和生活环境，使作战能力大为提高，但也有缺点，如目标大，易被对方的主动声呐捕捉，不便在近海、浅海活动。
在战术技术性能方面，核潜艇可谓占尽了优势。
首先是隐蔽性好。由于核燃料在提供核能时不需要空气，所以理论上核潜艇可在水下无限期地航行，直到核燃料不能再进行链式反应为止。但实际上核潜艇在水下受到人员耐久力、食品装载量和进行必要的故障维修等限制，不可能永远航行下去，即使这样，核潜艇在水下仍然可呆90昼夜左右（合计2000多小时）；而常规潜艇在水下连续航行的能力远不如核潜艇，它在水下靠蓄电池提供动能，由于电能的限制，它在水下全速航行1个小时就会把电耗尽，低速航行也仅能维持几天，然后需定期浮起到通气管状态由柴油机给蓄电池充电（因为柴油机工作时需要氧气），一次充电时间达10个小时左右，这样暴露的机会增多，在现代探测手段极为发达的今天极易被发现。1995年，国外开始出现了一种AIP常规潜艇，即不依赖空气的动力潜艇，较大地提高了常规潜艇的水下续航力，在以每小时四五海里的低速航行时，续航时间可由以往的3—4昼夜增加到15—20昼夜左右，这虽然是对常规潜艇隐蔽性差的一个弥补，但与核潜艇仍不能相提并论。
其次是水下航速高。核潜艇长期在水下活动，艇的形状设计成水下阻力最小的水滴形或阻力较小的拉长水滴形。现代核潜艇的水下航速一般都在25—35节（海里/小时），俄罗斯的神父级（P级）巡航导弹核潜艇和阿尔法级攻击型核潜艇的水下航速更是高达40多节，是世界上跑得最快的潜艇；而常规潜艇由于大部分时间在水面航行，所以，艇的形状大多采用水面航行阻力较小的瘦长线形，水面航速可达20节左右，水下航速仅有10多节。随着常规潜艇水下续航能力的提高，其形状也有的开始采用水滴形，水下航速提高到20节以上，水面航速低于20节。
第三是攻击能力强。核潜艇的可利用空间大，意味着可以布设更多的武器发射装置、携带更多的武器弹药、配备足够量的先进设备仪器，这就大大提高了潜艇的攻击能力。特别是为了确保海上战略核力量的安全，海上弹道导弹只装在核潜艇上，以保证长期隐蔽于水中。又由于核潜艇的隐蔽性好、航速快，使得它的突击能力高、追击和规避迅速、活动海域广阔；而常规潜艇一般只装备战术武器（如巡航导弹和鱼雷），而且装载量较少，攻击能力远不如核潜艇。
第四是环境相对舒适。由于核潜艇舱室宽敞，电能充足，所以活动空间大，用电用水不受限制（特别是空调和洗浴），艇员的工作和生活环境比较优越；而常规潜艇的电能是极其宝贵的，为了保证战斗航行需要，生活用电用水受到严格限制。另外舱内的温度较高，空气也不如核潜艇清新，人员活动范围有限。
核潜艇的优势显而易见，然而仍有不完美的地方，除了上面已经提到的外，还存在操纵复杂、核安全问题突出、造价昂贵、老式核潜艇在低速航行时噪声比常规潜艇大（主要是核反应堆主循环水泵发出的声音）等。
