עידן התגליות וההתפשטות האירופית.
הקאראק ומסעות הגילוי האירופיים.
כניסתן של אוניות מטיפוס קאראק וקרוולה לשירות בציים האירופיים הייתה הבסיס לפתיחתו של עידן התגליות האירופי, במהלך המאה ה-15. הרצון האירופי לפתוח נתיבי מסחר ימיים למזרח רחוק הביאו להתפתחות מהירה במבנה האוניות. אוניות משוטים לא היו יכולות לענות על אתגר זה: מגבלותיהן, הנובעות ממספר החותרים הנדרש ומן המקום שהם תופסים באונייה גרמו לכך. אוניות המונעות במפרשים, בעלות מערך תרונה וחִבֵּל החלו לתפוס את הבכורה, וגם הן החלו לגדול במהירות. בתחילת המאה ה-15 הייתה התפוסה הממוצעת של אונייה כ-300 טון; כ-30 שנה לאחר מכן כבר עמדה התפוסה הממוצעת על כ-750 טון.
ההתקדמות בתחום ההנעה באמצעות המפרשים פתחה בפני הימאים אופקים חדשים. בסוף המאה ה-15 ובתחילת המאה ה-16 החלו ספנים אירופיים לחצות את האוקיינוס האטלנטי במסעות גילויים, שהלכו והתרחבו במאות השנים הבאות. אוניות המשוטים נדחקו במהירות, ואת מקומן תפסו אוניות מפרש. שינוי זה השפיע גם על אופיין של אוניות: בעת העתיקה הועדפו ספינות המונעות במשוטים למטרות מלחמתיות, מכיוון שלא היו תלויות במשטר הרוחות, ואילו אוניות מפרש הועדפו למטרות מסחריות, בשל הנפח הגדול יותר שלהן. ואולם, עם שכלולם של המפרשים ניתן היה להשתמש באוניות מפרשים גם למטרות מלחמתיות. ההבדל בין אוניות סוחר לאוניות מלחמה היטשטשט; כל אוניית סוחר נשאה בדרך כלל כמה תותחים להגנה עצמית, ובעת מלחמה ניתן היה להוסיף עוד תותחים ולהפוך אותה אונייה לאוניית מלחמה.
מסעות הגילויים של האימפריה הספרדית והאימפריה הפורטוגזית לאורך חופי אפריקה ואל אמריקה המרכזית, אמריקה הדרומית והמזרח הרחוק הביאו לפריחה כלכלית עצומה. האימפריות האיבריות נהנו מן המשאבים העצומים שגילו במושבותיהן החדשות, שהובלו אליהן באמצעות ציים של אוניות. אנגליה, הולנד וצרפת סירבו לקבל את חוזה טורדסיאס, שחילק את העולם החדש בין ספרד ופורטוגל, והחלו גם הן במסעות גילוי אל חלקי העולם הללו, תוך התנגשות עם המעצמות הוותיקות יותר.
הגליאון.
במאה ה-16 החל להיווצר סוג חדש של אונייה, שהייתה למעשה שכלול של הקאראק. הייתה זו הגליאון, שהפכה לאב הטיפוס של כל האוניות האירופיות שהתפתחו אחריה במאתים וחמישים השנים הבאות. הגליאון הייתה בעלת גוף ארוך יותר מן הקאראק ו נמוך יותר. האורך הרב יותר איפשר יציבות רבה יותר בעת השיט יחד עם יכולת תמרון גבוהה יותר, והחתך הצר צמצם את התנגדות הרוח והגדיל את מהירות האונייה. ירכתי הגליאון היו רבועים, לעומת הירכתים המעוגלות יותר של הקאראק; כמו הקאראק, הונעה הגליאון באמצעות הרוח בלבד, באמצעות מפרשים שנישאו על שלושה או ארבעה תרנים. התורן האחורי נשא בדרך כלל מפרש . בגליאון נעשה שימוש מלחמתי ומסחרי; הגליאונים הגדולים ביותר הובילו זהב ואוצרות ממרכז אמריקה ומהפיליפינים לספרד.
הגליאונים היו כלי מרכזי במסעות הגילויים של המעצמות האירופיות בשל יכולתן לשאת מספר רב של חיילים וכמות גדולה של אספקה אל הארצות החדשות שמעבר לאוקיינוס, וסחורות רבות בדרך חזרה. כל מעצמה ימית לחופי האוקיינוס האטלנטי בנתה גליאונים, תוך התאמה לצרכיה הייחודיים. אוניות המלחמה העיקריות שלחמו עם הארמדה הספרדית ונגדה ב-1588 היו גליאונים: הגליאונים של הצי הספרדי הוכיחו את עמידותן ושרידותן, ואילו הגליאונים של הצי הבריטי נבנו במיוחד כדי שתהיינה מהירות וזריזות.
המסעות להודו.
ההפלגות הארוכות, בעיקר להודו, הציבו דרישות גבוהות בפני האוניות הקיימות. המסע היה ארוך, עלותו הייתה גבוהה מאוד, והסכנות שארבו לאוניות משודדי ים ומאוניות אויב במהלכו היו רבות. כדי להתמודד עם קשיים אלה הוקמו חברות מניות, שבעליהן היו שותפים במימון המסע ובאחריות לסיכונים, כמו גם ברווחים. חברות אלה נקראו "חברות הודו המזרחית" (East India Company). הידועה שבהן הייתה חברת הודו המזרחית הבריטית, ובנוסף גם פעלו חברות כאלה גם בהולנד, דנמרק, צרפת, שוודיה ופורטוגל. אלו היו למעשה חברות המניות הראשונות בהיסטוריה. הן זכו לגיבוי ממשלתי, קיבלו מונופול על הסחר ליעדיהן, וחשיבותן הייתה רבה. הולנד, דנמרק, פורטוגל וצרפת הקימו גם חברות לסחר עם הודו המערבית, כלומר עם איי הים הקריבי.
חברות אלה פיתחו את אוניית הסוחר שנקראה אוניית הודו המזרחית (East Indiaman). לכתחילה נקראה כל אונייה שנועדה להפלגה מסחרית ליעדים אלה בשם זה, אך עם השנים הלכה והתפתחה אונייה ייחודית. הייתה זו אונייה גדולה, שנועדה לשאת נוסעים ומסחר, מצוידת היטב למסע ארוך וחמושה בתותחים; הן פעלו בין המאה ה-17 למאה ה-19, והגדולות שבהן היו בעלות תפוסה של 1,400 טון. אוניות הודו המזרחית הראשונות היו גליאונים, אך עם השנים הלכו האוניות וגדלו, והמבנה שלהן השתנה. בשל הצורך לשאת תותחים, עוצב המבנה מחדש: האונייה הייתה רחבה בחלקו התחתון של הגוף, והלכה והוצרה כלפי מעלה. בדרך זו היו התותחים שבסיפון העליון קרובים יותר למרכז האונייה, כדי לשמור על יציבותה. הן היו איטיות יחסית, וכאשר תם הצורך בחימוש בכבד נמצאו אוניות אלה בחיסרון מול אוניות סוחר אחרות.
אוניית הקו.
כאמור, הגליאונים שימשו למטרות מסחריות וגם למטרות לחימה. מבניהן של אוניות המלחמה החל גם הוא להשתנות, בשל השינויים בטקטיקה הימית. עד המאה ה-17 היו קרבות ימיים מתנהלים במעין אנדרלמוסיה: כל אונייה הייתה מחפשת יריב, ומנהלת מולו את הקרב. במחצית הראשונה של המאה ה-17 החלה להתגבש טקטיקה חדשה בקרב ציי אירופה, בעיקר בצי הבריטי ובצי ההולנדי: אוניות המלחמה היו מסתדרות בשדרה, בטור ארוך בזו אחר זו. הטור היה מתמקם מול הטור המקביל של אוניות האויב, ושני הציים היו יורים זה בזה. לשיטה זו היו מספר יתרונות: ראשית, הצי היה יכול לרכז את כל האש שלו, מחד, ולחפות על ספינות פגועות, מאידך; שנית, האויב היה נחשף רק לצדדים המוגנים והחמושים של הספינות, ואילו הצדדים הפגיעים - החרטום, ובמיוחד הירכתיים, היו מוגנים. טור זה נקרא שדרת הקרב (line of battle). רק אוניות שהיו בעלות כוח האש המתאים והשרידות הדרושה היו יכולות להשתלב בשדרה זו, ולכן החלה להתפתח אוניית המלחמה החדשה - אוניית קו (Ship of the Line).
בתחילת המאה ה-18 השיקה צרפת את הדגם המוצלח ביותר של אוניית הקו, אונייה בעלת 74 תותחים. היה זה הדגם היעיל ביותר, ועד מהרה אימץ אותו גם הצי המלכותי הבריטי. היו אוניות קו גדולות יותר, בעלות 80, 90 ואף למעלה מ-100 תותחים, אך זה היה הדגם הנפוץ ביותר. אוניות הקו היו בנויות כמו אוניות הודו המזרחית: בדרך כלל בעלות גוף שהיה רחב יותר בבסיסו שהלך והוצר כלפי מעלה. היו להן כמה סיפונים, שעליהן הוצבו התותחים: כל תותחי האונייה הוצבו בשני דפנות האונייה (ולכן נקרא מטח שלהם מטח דופן Broadside), ורק לעיתים הוצבו בה כמה תותחים בודדים שהונפו אל חרטום האונייה. הקרבות הימיים התנהלו בטווח קצר של כמה מאות מטרים, לכל היותר; זאת, עקב הטווח הקצר של התותחים וחוסר הדיוק שלהם. הקרבות הימיים הגדולים של המלחמות הנפוליאוניות התנהלו בין ציים של אוניות קו. בנוסף לטקטיקות לוחמה חדשות, חודשו במלחמות אלה גם ההפלגות בשיירות, קיבוץ אוניות הסוחר לשיירה שהייתה מוגנת בידי אוניות מלחמה (פריגטות ולעיתים אוניות קו) נועד להגן עליהן מפני התקפות אוניות אויב. שיטה זו הייתה בשימוש עוד בימי הרומאים, וייעשה בה שימוש נרחב גם במלחמות במאות הבאות.
פיתוחן של אוניית הודו המזרחית ואוניית הקו סימל את השיא של עידן המפרש. אוניות אלה היו בדרך כלל בעלות שלושה או ארבעה תרנים, שעליהם מעטה רוחבי, וכמה מפרשים משולשים. הן היו בעלות חיבל מורכב ומתוחכם, והיו יכולות להפליג ברוח מכל כיוון, למעט הפלגה ישירות מול הרוח. יחד עם האוניות הגדולות הגיעו לשיאן גם אוניות המפרשים הקטנות יותר, ובהן הפריגטה והקורבטה שנועדו למטרות לוחמה, ועימן הבריג (Brig), הבריגנית (brigantine), הסכונר (Schooner), ועוד.
הקליפר.
הטיפוס האחרון של אוניית המפרש, הנחשב לשיא התפתחותם של כלי שיט המונעים במפרש, היה הקליפר (Clipper). הייתה זו אונייה מהירה במיוחד, ובה שלושה תרנים ומעלה, בעלי מעטה רוחבי. הן היו אוניות ארוכות וצרות יחסית, שנשאו מטען מצומצם יחסית; יתרונן הגדול היה במהירותן הרבה, שהושגה עקב המבנה הייחודי שלהן ושטח המפרשים הגדול. הן נועדו להפלגות מהירות בין אירופה (ובעיקר בריטניה) למזרח הרחוק ולאמריקה; בעידן שלפני פתיחת תעלת סואץ ותעלת פנמה, כאשר היה צורך להפליג סביב כף התקווה הטובה וכף הורן בהתאם, הייתה המהירות יתרון גדול. באמצע המאה ה-19 היו הקליפרים בשיאם: דרישה רבה לתה מסין והבהלה לזהב בקליפורניה יצרו ביקוש רב להפלגות מהירות. פתיחתה של תעלת סואץ ב-1869 סימנה את סופן של הקליפרים.
עידן המכונות.