אריזת חבילות של מטען כללי במכולות, בנפח הנע שבין 28–85 מטר מעוקב, או עד למשקל של 29 טון, מאפשרת לטעון מטען בגודל זה בבת אחת על האונייה ולפרוק אותו ממנה בהליך אחיד, ללא תלות בתוכן המכולה. השימוש במכולות הביא לעלייה משמעותית ביעילות ההובלה של מטען כללי, בקיצור זמן ההובלה ב-84% והפחתת עלות ההובלה ב-35%. נכון לשנת 2001, יותר מ-90% מן המטען הכללי המשונע בעולם מועבר כשהוא ארוז במכולות תקניות. בעוד שבשנות ה-50, בארצות הברית, עלות ממוצעת של טעינת אונייה בטון אחד של מטען כללי הייתה 5.86 דולר, היום, טעינת טון אחד של מטען כללי כשהוא ארוז במכולות עולה 16 סנט, אחד חלקי 36 של העלות ההיסטורית.
הרעיון של בניית אוניות מכולה תחילתו בנהג משאית אמריקאי בשם מלקולם מקלין, אשר בשנת 1931 רכש את משאיתו הראשונה והחל לאסוף מטענים מנמלים שונים. בעודו ממתין להטענת המשאית במטען כללי, תהליך ארוך ומייגע באותם הימים, הוא הגה רעיון לייעל את הטענת ופריקת המטען ובכך לחסוך זמן וכוח אדם. בשנות ה-50 החל תהליך של מיכון מואץ בתחום טעינה ופריקה של מטעני אוניות, אולם עיקר הפיתוח היה בתחום הגדלת הצרורות, פיתוח משטחים, מסועים ודרכים נוספות שבהן מכונות משנעות מטען כללי. הרעיון של מקלין, לארוז מטען כללי במכולות אחידות, הביא למהפך בשינוע מטענים.
אוניות המכולות הראשונות היו מכליות מדגם T-2, שנקנו מעודפי הצי האמריקאי לאחר מלחמת העולם השנייה והוסבו לנשיאת מכולות. חברת המשאיות של מקלין הפכה עד לשנת 1955 לאחת מחברות המשאיות הגדולות בארצות הברית ובאותה שנה רכש חברת ספנות קטנה בשם ווטרמן (Waterman) והסב שתי אוניות לנשיאת מכולות. באפריל 1956 החלה לפעול אוניית המכולות הראשונה (מבין השלוש) בארצות הברית, Ideal X, מכלית מוסבת שנשאה 58 מכולות מתכת על הסיפון, בין נמלי ניוארק ויוסטון. בעוד שאוניות המכולות הראשונות היו למעשה מכליות שנשאו מכולות על סיפונן, בשנת 1957 הסב מקלין חמש אוניות משא נוספות, מדגם C-2, שנשאו מכולות אף בספנה. הראשונה בהן, Gateway City, נכנסה לשירות באוקטובר 1957 ונשאה 226 מכולות. פריקה וטעינה של אוניית משא בעלת מטען בסדר גודל זהה לזה שנשאה Gateway City הצריך עבודת צוות של כ-150 סוורים במשך 4 ימים. לעומת זאת אוניית המכולות החדשה הצריכה עבודת צוות של 14 איש במשמרת אחת של 8 שעות להשלמת אותה מטלה.
המהפכה שהביא מקלין לתחום שינוע המטענים לא התנהלה על מי מנוחות. בשנים הראשונות השינוע במכולות נתקל בהתנגדות עזה של חברות ספנות, חברות רכבת ואיגודי עובדים, אשר פעלו למנוע את הפעלתן של אוניות המכולות. במשך עשר שנים נוהל מאבק משפטי בארצות הברית עד שנפתח קו המכולות הבינלאומי הסדיר הראשון בין ארצות הברית לנמל רוטרדם.
השימוש במכולות שינה את פני ההובלה הימית והסחר העולמי. היום ניתן לטעון ולפרוק אוניות מכולות בתוך שעות ספורות בעוד שבעבר אוניות מטען כללי היו מתעכבות בכל נמל במשך ימים לטעינה ופריקה. אוניות המכולות הביאו לירידה חדה בעלויות העבודה, במשך השינוע מנמל לנמל. בעבר משלוח של מטען מהודו לאירופה בדרך הים היה אורך חודשים, בעוד שבימינו המטען מגיע ליעדו בתוך שבועות ספורים. שילוח מטענים במכולות הביא אף לירידה חדה באחוז הפחת והשבר במהלך השינוע. העובדה שמטענים נעולים וחתומים בתוך מכולות אף הביא לירידה בכמות גנבות המטענים.
כיום יצואנים מטעינים את סחורתם לתיבות בעלות ממדים תקניים, מכולות, אותן מספקות חברות הספנות. המכולות מובלות לנמל במשאית או ברכבת, ומוטענות לאוניות המכולות. בטרם עידן המכולות צוותים גדולים של סוורים עמלו במשך שעות כדי להתאים מטען כללי בעל צורה חיצונית מגוונת לחללי הספנות של אוניות, כך שהאונייה תישא מטען מרבי. היום, מטען כללי נישא במכולות אחידות בצורתן, רבות מהן נבדלות זו מזו אך ורק בקוד המזהה הנמצא על דפנותיהן, ומאפשרות ניצול מרבי של חללי האחסון של האונייה. מערכות מחשוב מודרניות מאפשרות מעקב מדויק אחר התנועה של כל מכולה, אף כאשר היא עושה דרכה בים, עד כי ניתן לאמוד בדיוק של דקות את מועד הגעת המכולה ללקוח, אף כאשר האונייה נמצאת במרחק הפלגה של שבועיים מן הנמל. בזכות התפתחויות אלה יש מובילים ימיים המסוגלים להבטיח ללקוחותיהם כי מכולות יגיעו ללקוח במועד קבוע מראש.
אורכן של אוניות המכולות הגדולות בימינו מגיע כדי 400 מטר והן מסוגלות לשאת מטען השווה לזה של 16–17 אוניות משא בתקופה שקדמה למלחמת העולם השנייה.
מבנה אוניית מכולות.
קיימות מספר נקודות מפתח לעיצובה של אוניית מכולות מודרנית. גוף האונייה, בדומה לזה של אוניית צובר ואוניית מטען כללי, בנוי סביב שדרית חזקה ושורת צלעות המתחברות אליה בזווית ישרה. סיפון האונייה נח על קורות אופקיות חזקות המתחברות אל צלעות האונייה ועליהן לוחות פלדה. בחלל הגוף, מתחת לקו הסיפון, נבנית ספנה אחת או יותר, מכלים רבים, וחדר מכונות. מעל מכסי הספנות ניתן לערום מכולות נוספות. באוניות מכולות רבות מותקנים מנופי מטען המאפשרים פריקה וטעינה של מכולות ללא תלות במנופי הנמל שבהם היא עוגנת, וכן מערכות עיגון מיוחדות כדי לאבטח את המכולות הנערמות מעל קו הסיפון.
בחדר המכונות של האונייה נמצאים המנועים הראשיים ומכונות נוספות לצורך הפקת מים מתוקים, טיפול בביוב, גנרטורים חשמליים, משאבות למי כיבוי, ומיזוג אוויר. כמעט בכל האוניות המודרניות חדר המכונות ממוקם בחלקה האחורי של הספינה.
קטגוריות גודל.
אוניות מכולות מחולקות לשש קטגוריות גודל עיקריות: אונייה מזינה קטנה, אונייה מזינה, פנמקס, פוסט-פנמקס, פנמקס חדש, ענק.
גודלה של אוניית פנמקס מוגבל בהתאם לממדי תאי השיט בתעלת פנמה, היכולים להכיל אוניות עד לרוחב של 32.3 מטר, אורך מרבי של 294.1 מטר, ושוקע מרבי של 12 מטר. אולם פרויקט הרחבת תעלת פנמה, אשר הסתיים ב-2016, גרם לשינוי במינוחים המקובלים. מספנות לבניית אוניות מכולה מתבססות על הממדים המרביים החדשים של תאי השיט בתעלת פנמה בעת תכנון ובניית אוניות חדשות בקטגוריה שזכתה לשם "פנמקס חדש". תאי השיט החדשים בתעלת פנמה מאפשרים מעבר של אוניות באורך מרבי של 366 מטר, רוחב מרבי של 49 מטר ושוקע מרבי של 15.2 מטר. אוניות כאלה יוכלו לשאת 19 שורות של מכולות, בקיבולת כוללת של 12,000 TEU.
אוניות מכולות המסוגלות לשאת פחות מ-3,000 TEU נקראות בשם הכללי "מזינות". אוניות אלה פועלות בדרך כלל בין נמלי מכולות קטנים יותר ומרכזות מטעני מכולות בנמלים מרכזים לצורך הובלתן למרחק גדול באוניות מכולות גדולות, ומפזרות לאותם נמלים מטעני מכולות שהועברו באוניות מכולות גדולות. על אוניות מכולות מזינות מותקנים בדרך כלל מנופים המאפשרים להן פריקה וטעינה של מטען גם בנמלים שאינם מצוידים במנופי נמל מתאימים.
מנופי מטען.
אחד המאפיינים העיקריים המבדילים בין אוניות מכולות שונות הוא מנופי המטען. אוניות מכולות שלהן מנופי מטען מכונות "מאובזרות" (geared), להבדיל מאוניות ללא מנופים, המכונות "לא מאובזרות" (gearless). אוניות המכולות הראשונות שנבנו במיוחד לצורך זה היו כולן חסרות מנופים. מאז היו תנודות לאורך השנים במספר האוניות המצוידות מבין האוניות החדשות שנבנו, אולם לקראת סוף העשור הראשון במאה ה-21 קיימת מגמת ירידה, עם 7.5% בלבד מתפוסת אוניות המכולות המצוידות במנופים. רוב האוניות המצוידות במנופים הן אוניות מזינות (1,500–2,500 TEU), ועד 60% מן האוניות בקטגוריית גודל זו מאובזרות. בין האוניות המזינות הקטנות כמעט שליש מצוידות במנופים. בין האוניות בקיבולת מעל 4,000 TEU, אלה המצוידות במנופים נדירות מאד.
בעוד שלאוניות מכולות עם מנופים קיימת גמישות רבה יותר במבחר הנמלים שבהן הן יכולות לטעון ולפרוק, הן סובלות אף ממספר חסרונות. אוניות אלה יקרות יותר לבנייה ולרכישה מאשר אוניות חסרות מנופים. הוצאות האחזקה של אוניות אלה גבוהות יותר. ועידת האו"ם לסחר ופיתוח מאפיינת אוניות מכולות המצוידות במנופים כאוניות המתאימות יותר לשוק נישה, לנמלים שבהם תנועת המטענים הנמוכה אינה מצדיקה רכישת מנופי נמל, או בנמלים שבהם המגזר הציבורי חסר משאבים כלכליים הנדרשים להשקעה כזו.
תחת מנופים הנעים על ציר, כמה מן האוניות מצוידות במנופי גשר. מנופים אלה המיוחדים להנפת מכולות, יכולים לנוע קדימה ואחורה על מסילות. מנופי אוניות בדרך כלל איטיים יותר בפעולה מאשר מנופי נמל.
השיפורים שחלו במנופי הנמל היוו מפתח להצלחת אוניות המכולות. המנוף הראשון שעוצב ונבנה במיוחד להנפת מכולות הותקן בנמל אלמדה שבקליפורניה, בשנת 1959. בשנות ה-80 כבר יכלו מנופי שער להניף מכולות בקצב של 3 דקות למחזור (מרגע נעילת מכולה אחת ועד לנעילת המכולה הבאה), או עד 400 טון בשעה. בחודש מרץ 2010 נקבע, בפורט קלנג מלזיה, שיא עולם חדש בקצב עבודה של מנוף שער: 734 מכולות נפרקו ונטענו מאוניית מכולות בשעה אחת. השיא הושג בעזרת תשעה מנופי שער שעבדו בעת ובעונה אחת על האונייה MV CSCL Pusan, בקיבולת של 9,600 TEU.
ספנות מטען.
יעילות היא המאפיין העיקרי של אוניות מכולות. בעוד שניתן להוביל מכולות גם באוניות מטען כללי, הספנות של אוניות מכולות מותאמות במיוחד ליעול הטעינה והפריקה של מכולות ולאפשר לאונייה את מידת היציבות המרבית בעת השיט. הכוות, פתחי הספנות, הם לאורך כל הספנות, והם מוקפים במבנה מתכת מוגבה. את הכוות סוגרים במכסים העשויים מלוחות פלדה. בחלק מן האוניות מסירים את המכסים בעזרת מנוף, ובחלקן המכסים נעים באופן הידראולי ונפתחים.