潜艇主要有弹道导弹、巡航导弹、反潜导弹、鱼雷、水雷武器及其控制系统和发射装置等。
弹道导弹，是战略导弹潜艇的主要武器，用于攻击陆上重要目标，大多携带单个或分导式核弹头。
1艘战略导弹潜艇装有弹道导弹12～24枚，如美国的俄亥俄级战略核潜艇，一次可携带三叉戟D5战略导弹24枚，每枚携带12个15万吨级分导式核弹头，一艘潜艇一次可以投掷288个核弹头，威力足以摧毁半个欧洲。
巡航导弹是战术核潜艇或者攻击型核潜艇的主战装备，有战术巡航导弹和战略巡航导弹。战术巡航导弹，主要用于攻击大、中型水面舰船；
战略巡航导弹，主要用于攻击陆上目标。著名的有美国潜射战斧巡航导弹，射程450-2500公里。可用于反舰也可用于对岸核攻击。
潜射反舰导弹也是现代潜艇主战装备之一，用于攻击各种水面目标，可水下发射，射程远，精度高，但威力不如鱼雷。
反潜导弹，是一种火箭助飞的鱼雷或深水炸弹，有的采用核装药，主要用于攻击水下潜艇，是二战后逐渐兴起的一种武器，著名的有美国阿斯洛克反潜导弹。
鱼雷是潜艇的传统武器，除了极少数研究用潜艇和袖珍潜艇外，几乎所有潜艇都装备有鱼雷，主要用于对舰、对潜攻击。
鱼雷是破坏舰艇水下结构的利器，命中1枚即可重创一艘驱逐舰，命中1-2枚可击沉或重创一艘万吨级商船，命中2-3枚可重创或击沉一艘万吨级巡洋舰。
过去主要采用无制导的应用压缩空气的直航鱼雷，二战中**德国和RB相继发明了电动鱼雷、声自导鱼雷和热动力鱼雷。
现代潜艇主要装备533mm-650mm的重型反舰/反潜两用鱼雷。在攻击中段一般采用线导方式，末段采用声导、尾流自导等方式进行攻击。
潜艇使用的水雷，多为沉底水雷，主要布设在敌方基地、港口和航道，用于摧毁敌方舰船。
武器控制系统多采用数字计算机，可同时计算跟踪多批目标，提供决策依据，求出最佳攻击目标的射击阵位，并计算出数个目标的射击诸元，实现武器射击指挥自动化。
包括磁罗经、陀螺罗经、计程仪、测深仪、六分仪、航迹自绘仪，自动操舵仪和无线电、星光、卫星、惯性导航设备等。
惯性导航系统能连续准确地提供潜艇在水下的艇位和航向、航速、纵横倾角等信息。“导航星”全球定位系统使用后，潜艇在海上瞬间定位精度达10米左右。
探测设备 主要有潜望镜、雷达、声呐以及雷达侦察告警接收机。
潜艇在水下将潜望镜的镜头升出水面，可用目力观察海面、空中和海岸情况，测定目标的方位、距离和测算其运动要素。
现代潜艇在潜望镜上安装有激光测距、热成像、微光夜视等传感器，具有夜间观察、照相和天体定位等功能（见潜艇潜望镜）。
雷达，通过雷达升降天线能在水下一定深度测定目标的方位、距离和运动要素，保证潜艇航行安全和对水面舰船实施鱼雷或导弹攻击，雷达侦察告警接收机的天线采用专门的升降桅杆或寄生于其他升降装置上，保证潜艇在潜望镜航行状态时对敌方雷达的侦察告警。
声呐是潜艇水下活动时的主要探测工具，有噪声声呐和回声声呐。噪声声呐能对舰船进行被动识别、跟踪、测向和测距；
回声声呐能主动测定目标的方位、距离和运动要素。此外，还有探雷声呐、测冰声呐、识别声呐和声线轨迹仪等。
主要有短波、超短波收发信机，甚长波收信机，卫星通信和水声通信设备等。
潜艇向岸上指挥所报告情况主要利用短波通信，接收岸上指挥所电讯主要用甚长波收信机，同其他舰艇、飞机或沿岸实施近距离通信联络主要利用超短波通信。
潜艇可以利用升降天线在一定深度收信，若使用拖曳天线，能在较大深度收信。卫星通信，可使潜艇通过卫星与岸上指挥所实施通信，通信距离远。
水声通信，用于同其他潜艇、水面舰艇的水下通信和识别。
为保证通信的隐蔽性，潜艇一般采用单向通信方式，使用超快速通信系统，能使潜艇在极短的瞬间向岸上指挥所发信。
水声对抗设备 主要有侦察声呐和水声干扰器材等。侦察声呐，用于侦察目标主动声呐发出的声波信息及其技术参数。
水声干扰器材主要有水声干扰器、水声诱饵（潜艇模拟器）和气幕弹，用于压制、迷惑、诱开敌方声呐的跟踪或声自导鱼雷的攻击。
有失事浮标和单人救生器等。潜艇失事时，放出失事浮标以标志潜艇失事的位置，并与外界取得联系。
单人救生器可供艇员通过鱼雷发射管、指挥室或专为脱险用的救生闸套离艇出水。
在潜艇主压载水舱内还装有应急吹排水系统，潜艇失事时，可由潜艇或救生艇注入高压气体排出主压载水舱内的水，使潜艇浮出水面。
包括空气再生、大气控制、放射性污染检测、温湿度调节系统、生活居住以及饮食、用水、照明、排泄、医疗等设施，用于保持艇内适宜的生存和活动环境，保障艇员健康。
潜艇艇员呼吸的氧气主要来自四个方面：通气管装置、空调装置、空气再生装置和空气净化装置。
通气管装置是一种可以升降的管子，在近海海域或夜间航行时，潜艇有时上浮至潜望镜深度，在距水面几米或十几米深的地方伸出潜望镜观察水面及空中敌情，如条件允许，可将通气管升出水面，空气经管子进入潜艇舱室，舱内污浊空气可通过设在指挥台围壳后部的排气管装置用抽风机排出，使艇内空气对流，可以保持新鲜空气。
潜望镜深度在战术术语中称作危险深度，为了隐蔽起见，潜艇一般都不敢使用这种工作状态，因为它极易被敌反潜兵力发现，在近海还容易撞击或搅乱渔网等。