进入21世纪后，中国海军开始全面强化潜艇的发展，在引进了12艘3000吨级的“基洛”级常规潜艇后也开始将国产039型常规潜艇投入批量建造，先后推出了A/B/C三个改进型。

其中A型的技术水平和性能与“基洛”级636型类似，吨位在2400吨左右，属于标准的第三代常规潜艇；B型则是A型的改进型，吨位增加到3000吨，加装了AIP系统，提高了水下续航能力和隐蔽性，更新了部分艇载声呐和设备，属于世界上较先进的AIP型常规潜艇；C型则是B型的改进型，吨位增加到3500吨，全面换装了新一代数字化声呐探测系统、新型反潜/反舰鱼雷和远程超声速反舰导弹、强化功率的AIP系统等，整体技战术性能已经达到了世界一流水平。

到2020年，039系列常规潜艇已经建造了近30艘，加上引进的12艘“基洛”级，中国海军已经拥有了世界上规模最大、作战能力最强的常规潜艇力量。不过，常规潜艇最大的问题是潜航能力严重不足，需要不定期上浮到海面为艇上电池组充电，而这就会使其隐蔽性大打折扣。即便安装了AIP系统后，也只是增强了低速潜航能力。

2020年-2030年这10年将是中国核潜艇高速发展的重要时期。进入21世纪后，中国海军在短短10年左右的时间内突破了第二代核潜艇的关键技术（按国际标准则属于第三代），完成了093型攻击核潜艇的建造，结束了只能依靠第一代试验色彩浓厚的091型潜艇执行任务的历史。

从2010年开始，一批093型的改进型艇陆续出现，其中被称为093A型的属于初期改进型，主要针对首艇暴露出来的问题进行了有针对性的改进，提高了核反应堆的安全性及可维护性，采用了新型反潜/反舰鱼雷，换装了部分新型声呐，优化了舰体结构线型，从而使潜艇的作战能力较首艇有了明显提高，航行噪声也有一定的降低。

随后，2011年左右又出现了第2种改进型093B型，这型艇进一步优化了指挥台和艇体尾部线型，降低了水下航行阻力和流体噪声，艇内的声呐系统进行了全面升级，改用了新一代大功率中频数字声呐系统、艇体低频监视和测距声呐和拖曳线列阵声呐，探测能力有了质的提高；同时在换用新型反潜/反舰鱼雷的基础上装备了新一代远程超声速反舰导弹（潜射型“鹰击”18），反潜、反舰攻击力明显增强；该型艇的动力装置首次具备了自然循环能力，在大幅提高反应堆安全性的前提下，中低速潜艇的噪声水平已经接近甚至达到了美国海军“洛杉矶”级潜艇的水平。

在B型的基础上，中国海军又发展了技术更先进的093改型艇，其外观上与B型相差不大，但在细节上可以明显看出有大量的技术优化，艇体表面更为光滑、简洁，线型也进一步得到了优化，在航行阻力大为降低的同时航速有了较为明显的提高，同时艇上全面换装了新一代声呐探测系统，探测能力更强，自动化程度也更高。

最值得一提的是，该型艇的整体航行噪声大为下降，通过大量新一代减震降噪技术的应用以及制造工艺的提高，其水下静音航速和最高航速的噪声水平已经与美国海军“洛杉矶”级的后期改进型相差无几。2019年庆祝中国人民解放军海军成立70周年的海上阅兵式中，093最新改进型攻击型核潜艇首次露面，中国海军首次拥有了可以与世界最先进核潜艇相抗衡的水下作战力量。根据国外有关媒体的报道，093最新改进型攻击核潜艇到2021年的建造数量可能超过4艘。

然而，093最新改进型仍然只能算三代艇，在与美、俄海军已经批量建造和装备的四代艇相比，在技术水平和作战能力上的差距是客观存在的。因此，研制和装备第四代攻击型核潜艇对于增强中国海军的远海作战能力十分必要和迫切，这个问题在2030年前这个重要发展阶段内必须得到彻底的解决。

根据美国防务网站2015年的报道，中国海军早在2010年前后就已经开始了下一代攻击型核潜艇的研制，这种新型潜艇被称为095型，是针对美、俄第四代攻击型核潜艇的技术特点以及中国海军的实际作战需求而研制的，目的是在该领域消除与国外先进攻击型核潜艇的代差。

095型攻击核潜艇在尺寸和吨位上与美国“弗吉尼亚”级类似，即在8000吨以内，艇上将会使用全新一代的声呐探测和数字化电子设备，具备了与美、俄第四代攻击核潜艇相当的目标探测和跟踪能力，同时自动化程度更高，系统反应时间也更快。中国具有世界先进水平的技术，如大尺寸球形声呐、综合舷侧声呐、数字阵列拖曳声呐、艇体共形声呐以及全数字化作战指挥、控制系统都将在095型上得以应用。

在艇载武器方面，095艇上将设置8具533毫米鱼雷发射管，鱼雷舱携带的鱼雷导弹数量增加到40枚以上，新一代高速反潜鱼雷强化了远洋反潜能力，在先进的艇载作战指挥系统的支持下可同时打击不同方向的多个潜艇目标。除了传统鱼雷发射管发射超声速反舰或对地巡航导弹外，艇体中部很可能加装专用导弹发射模块，可以携带8-12枚超声速反舰导弹或对地巡航导弹。这样，095型攻击核潜艇的总雷、弹携带量将超过50枚，达到了国外第四代攻击核潜艇的标准。

对于095型攻击核潜艇来说，最大的变化很可能是首次采用了单壳体设计和全新一代的紧凑型核反应堆。动力系统是关系到095型艇能否达到世界第四代攻击核潜艇技术水平的关键，而核潜艇使用的核反应堆水平直接决定着潜艇的机动性、航速、安静性。2010年前后，中国新一代大功率艇用核反应堆的研制开始启动，一系列关于基本材料、设计、工艺制造及核技术方面的瓶颈先后突破，预示着中国研制、生产第四代艇用核反应堆的基础已经具备，这也为095型攻击核潜艇使用新型核反应堆创造了条件。

中国海军在发展第四代攻击型核潜艇的同时，新一代战略核潜艇的研制工作实际上也同步展开，这就是目前国外十分关注的被称为096型的新一代弹道导弹核潜艇。由于要携带体积、尺寸更大的潜射弹道导弹，096型潜艇的吨位超过了10000吨，艇体中部设有专用导弹发射舱，一次可以携带16枚新一代的“巨浪”3潜射弹道导弹，最大射程可达到10000千米以上。在装备“巨浪”3导弹后，096型战略核潜艇在中国南海或中国东南海域就可以对全球范围内的主要潜在对手进行核打击。

中国有关媒体报道，“巨浪”3潜射弹道导弹的首次发射试验已经在2019年完成，应该会在2025年前完成研制并投入批量生产。096型战略核潜艇的首艇有可能在2023-2024年开工，2018年左右会完成建造工作，随后将会进行两年时间的弹艇融合、系统测试等试验。