Kapal selam nuklear mempunyai kelebihan yang ketara berbanding kapal selam konvensional. Dengan hanya menggunakan sekitar 4-5 kg uranium, kapal selam ini mampu beroperasi selama 30 tahun tanpa perlu melakukan pengisian bahan bakar. Ini memberikan mereka kelebihan dalam misi jangka panjang.
Reaktor yang digunakan dalam kapal selam nuklear berasaskan Uranium Diperkaya Tinggi (HEU), yang mengandungi 90% atau lebih uranium-235. Dengan kecekapan dalam penggunaan bahan bakar, kapal selam ini tidak memerlukan pertukaran bahan bakar dengan kerap, menjadikannya lebih autonomi berbanding kapal selam diesel-elektrik.
Ini adalah salah satu sebab mengapa kapal selam nuklear menjadi pilihan utama untuk misi strategik di lautan dalam.
