מעבר ליתרון זה, הקוג הייתה בעלת תכונות הפלגה טובות יותר, ומכיוון שהייתה גבוהה יותר הייתה מוגנת יותר מניסיונות השתלטות בעת קרב, והייתה עמידה יותר בפני אש תותחים. היעדר המשוטים והחותרים פינה מקום רב, ואיפשר נשיאת חימוש, ציוד ואספקה. עם זאת, היעדרם של משוטים חשף את האוניות לרחמיה של כל רוח, ולעיתים קרובות היה צורך בגליאות כדי לגרור את האוניות הגדולות אל הקרב, וגם במהלכו.
הגליאות נבנו כאוניות מלחמה, ולכן היה להן יתרון מסוים על קוגים, במיוחד בתנאי רוח לא טובים וכאשר היה לגליאות יתרון מספרי על הקוגים. ואולם, עם השנים גדלו הקוגים יותר ויותר, והופיעו דגמי אוניות שהתפתחו מהקוג, הקאראק והגליאון. אוניות אלו שלטו כבר במים האירופיים, ובסביבות שנת 1600 החלו להופיע יותר ויותר בים התיכון. הגליאות והגליאסות (גליאות גדולות ומשופרות יותר) הלכו ונדחקו. במאה ה-16 היו כל אוניות המלחמה מונעות בכוח הרוח.
אוניות המלחמה הלכו וגדלו, ונשאו מספר גדל והולך של תותחים. תותחי האוניות עצמם הלכו וגדלו, ומשקל הפגזים שירו גדל גם הוא. תותחי האוניות היו מסודרים לאורכה של הספינה, ופנו אל צידה; מטח יריות התותחים נקרא בשל כך "מטח דופן" (Broadside). אוניות המלחמה היו מנהלות ביניהן דו-קרב כאשר הן מפליגות זו בצד זו, או במסלולים מקבילים מנוגדים. עד אמצע המאה ה-17 התגבשה הטקטיקה שנקראה "שדרת הקרב", או מערך טורי (Line of Battle): אוניות הצי היו מסתדרות בקו ארוך, זו אחר זו, כך שכולן היו יכולות להפנות את מטח הצד שלהן אל האויב. אוניית המלחמה שהתפתחה על פי תורת לחימה זו נקראה אוניית קו, כלומר אונייה היכולה להשתלב בשדרת הקרב - יכולה לירות מטח כבד דיו, ולספוג פגיעות של האויב. אוניות קטנות יותר, כמו הפריגטה והסלופ (Sloop) לא היו יכולות לעמוד בקו האש, ועברו לתפקידי סיור וליווי שיירות.
קיטור, פלדה ופגזים.
שיאן של אוניות הקו היה בעת המלחמות הנפוליאוניות, בסוף המאה ה-18 ותחילת המאה ה-19. ואולם, כבר בעשורים הראשונים של המאה החלו שינויים מרחיקי לכת לתת את אותותיהם באוניות המלחמה. ברבע השני של המאה החלו אוניות מלחמה להצטייד במנועי קיטור, תחילה כאמצעי עזר להנעה ולאחר מכן כאמצעי העיקרי והיחיד. במלחמת קרים, באמצע המאה, נעשה שימוש ראשון בפגזים, כלומר קליעים נפיצים. עד אז ירו האוניות קליעים מוצקים, שנועדו לגרום נזק על ידי מהירותם הרבה ומשקלם. פגז מכיל מטען מתפוצץ, הגורם נזק רב הרבה יותר. כאמצעי נגד לפגזים אלה הוחל בהוספת שריון לאוניות, והחלו להופיע אוניות מחופות שריון (Ironclad). הופעתן של אלו הפכה את אוניות הקו העשויות מעץ למיושנות. בתחילה נבנו אוניות מחופות שריון מעץ שצופה בברזל, אך תוך זמן קצר נבנו אוניות המלחמה מברזל בלבד, ולאחר מכן מפלדה; תהליכי ייצור הפלדה במחצית המאה ה-19 הפכו מתכת זו לזמינה וזולה.
במחצית השנייה של המאה ה-19 נוצר סוג חדש של אוניית מלחמה, שנקרא אוניית מערכה. אוניות אלו החליפו את אוניות הקו. בנוסף, הוחלפו הפריגטות הבנויות מעץ בסיירות משוריינות. גם החימוש התחלף: התותחים הותקנו בצריחים מסתובבים, שאיפשרו לתותחים זוויות הגבהה שונות ואפשרות לירות בקשת רחבה, זאת לעומת שורות התותחים שהיו מסודרים בצידי אוניית הקו, שהיו מוגבלים מאוד בזווית ובקשת הירי. הצריחים והפגזים איפשרו להסתפק במספר קטן בהרבה של תותחים.
יחד עם התפתחות אוניות המערכה במהלך המאה, הופיע באותה תקופה נשק ימי חדש: הטורפדו. המצאת הטורפדו איפשרה בניית אוניות מלחמה זולות, קטנות ומהירות, אוניות הטורפדו, שהיו יכולות לשגר טילי טורפדו ולפגוע באוניות מלחמה גדולות מהן בהרבה. בשלב מסוים נדמה היה כי זהו פתרון חלופי לבניית ציים גדולים של אוניות מערכה, ואולם הציים הגדולים הגיבו בבניית סוג חדש של אוניית מלחמה, שנקרא "משחתת אוניות טורפדו" ומאוחר יותר פשוט משחתת.
דרדנוט וצוללות.
תחילת המאה ה-20 הביאה עימה שלוש מהפכות טכנולוגיות משמעותיות בתחום אוניות המלחמה. השפעתה של אחת מהן - השקתה של דרדנוט - ניכרה מיד והסעירה את ציי המעצמות, אך שתי האחרות - הצוללת והמטוס - לא הובנו מיד. המהפכה הראשונה הייתה השקתה של אוניית המערכה הבריטית אה"מ דרדנוט ב-1906. "דרדנוט" הביאה עמה חידושים רבים בתחום החימוש, ההנעה, ומערכות בקרת האש; כאשר הושקה הייתה מהירה מכל אונייה אחרת ובעלת חימוש כבד מכל אונייה אחרת. עם השקתה הפכו כל האוניות שנבנו לפניה למיושנות; אוניות אלו כונו פרה-דרדנוט, והאוניות שנבנו לפי הסטנדרט החדש כונו "דרדנוט". כל ציי העולם החלו בייצור אוניות מערכה לפי הסטנדרט החדש, ונפתח מרוץ חימוש עולמי, בעיקר בין בריטניה לגרמניה, מרוץ חימוש שהסתיים רק במלחמת העולם הראשונה.
בנוסף לשינויים באוניות המערכה, נכנס לשירות סוג נוסף של אוניית מלחמה שנקרא סיירת מערכה. הדגש בסיירות אלה היה על מהירותן, על חשבון המיגון שלהן. הרעיון היה ליצור אונייה שתוכל להטביע כל אונייה חלשה ממנה, ולחמוק מכל אונייה חזקה ממנה. הרעיון עצמו נראה מבריק, אך תוצאות הקרבות במלחמה הוכיחו שסיירות המערכה היו פגיעות מאוד, וסבלו אבדות משמעותיות. לאחר המלחמה כמעט ולא נבנו עוד סיירות מערכה.
במקביל לאוניות הגדולות יותר, התפתחה הסיירת: לאחר בניית סיירות משוריינות הופיעו סיירות ממוגנות שהיו מהירות יותר ומוגנות יותר. בתחילת המאה החלו להופיע סיירות קלות, שמהירותן וזריזותן הועידו אותן לתפקידי סיור עבור הצי העיקרי.
שינויים אלה התרחשו במהירות רבה, ואוניות שהיו בשלב מסוים אוניות המלחמה המשוכללות ביותר התיישנו תוך כמה שנים. כל הציים עסקו ללא הרף בשיפור ובשינוי אוניות השטח שלהם, וציי המעצמות הגדולות (הצי המלכותי הבריטי, הצי הגרמני הקיסרי, צי ארצות הברית, הצי הקיסרי היפני, הצי הצרפתי, הצי האיטלקי והצי הרוסי הקיסרי, כמו גם ציים של מדינות דרום אמריקה) הצטיידו במספר רב ככל האפשר של אוניות מערכה וסיירות.
תשומת לב מועטת ניתנה לצוללות. הצוללות הראשונות שהיו מעשיות הופיעו בשלהי המאה ה-19, והחיבור בינם לבין טילי הטורפדו נעשה בתחילת המאה ה-20. הצוללות הראשונות היו עדיין איטיות ומסורבלות, ונתפסו ככלי שיט שיכולתם מועטה. ואולם, תוך כדי מלחמת העולם הראשונה הופיעו דגמים מתקדמים יותר ויותר. צי הצוללות של הצי הגרמני הקיסרי הטיל באמצעותן מצור ימי על בריטניה. ההתמודדות מול הצוללות הגרמניות הייתה קשה וממושכת, ורק לקראת סוף המלחמה הצליחו הבריטים למצוא את אמצעי הנגד המתאימים. כל הצדדים הבינו כעת היטב את כוחה של הצוללת.
חידוש טכנולוגי נוסף שהופיע במלחמת העולם הראשונה היה, כאמור, המטוס, וכבר בימיו הראשונים נבדקו אפשרויות שונות לשילובו בפעילות הצי. עוד לפני המלחמה, ב-1910, התבצעה הנחיתה הראשונה של מטוס על סיפון אוניית מלחמה, וב-1913 הפעיל הצי הצרפתי ספינה שהייתה נושאת מטוסי ים. בעת המצור על צ'ינגדאו בתחילת המלחמה הופעלו לראשונה מטוסים שהמריאו מאונייה למטרה צבאית. אלו היו נושאות המטוסים הראשונות. בשונה מן המקובל היום, הן נשאו בדרך כלל מטוסי ים, ולא מטוסים רגילים או כאלה שהותאמו לנחיתה והמראה מאוניות.
נושאות מטוסים, צוללות גרעיניות וטילים.
אמנת וושינגטון שנחתמה ב-1922 בין חמש המעצמות הגדולות (ארצות הברית, הממלכה המאוחדת, צרפת, איטליה ויפן) נועדה למנוע מרוץ חימוש ביניהן. כדי להשיג מטרה זו נקבעו מגבלות לבניית אוניות מערכה ונושאות מטוסים. פיתוח אוניות המערכה נעצר למעשה, אך פיתוח נושאות המטוסים המשיך, והחלה להיווצר נושאת המטוסים הייעודית, המטיסה מטוסים שפותחו במיוחד להמראה ולנחיתה על נושאת מטוסים. אמנת לונדון שנחתמה ב-1930 דנה גם בפיתוח סיירות, והגדירה סוג חדש של סיירת - סיירת כבדה.
מלחמת העולם השנייה סימנה את סופה של אוניית המערכה, ואת עלייתה של נושאת המטוסים. קרב טאראנטו והמתקפה על פרל הארבור הן דוגמאות בולטות להטבעת אוניות מערכה על ידי מטוסים שהמריאו מנושאת מטוסים. במהלך המלחמה הפכו נושאות המטוסים למרכזו של הצי, ואוניות המערכה נדחקו לתפקידי ליווי והפגזת חופים.
גם במלחמה זו תפסו הצוללות מקום מרכזי. מערכת הצוללות נמשכה לכל אורך המלחמה, והביאה עמה פיתוח אוניות ייעודיות ללוחמה נגד צוללות. דגמים חדשים של אוניות כונו בשמות שנעלמו עם אוניות המפרש: הסלופ, הקורבטה והפריגטה היו אוניות קטנות, שהותאמו במיוחד ללוחמה נגד צוללות ולליווי שיירות.
המלחמה הקרה, שהתנהלה בין ארצות הברית ובעלות בריתה ולבין ברית המועצות ובעלות בריתה בעשורים שלאחר מלחמת העולם השנייה הביאה גם היא לחידושים ימיים. נושאת המטוסים המשיכה לגדול, ועד היום מהווה את מרכזו של צי המלחמה. המעבר להנעה בכור גרעיני, בעיקר בצי ארצות הברית, העניק לנושאת המטוסים טווח בלתי מוגבל. נושאות המטוסים הגדולות ביותר נקראות "נושאות על" (Supercarrier), והן מן האוניות הגדולות ביותר שנבנו אי פעם.
הצוללות הפכו אף הן לאחד הכלים המרכזיים בארסנל של ציי המלחמה. שיטות חדישות להנעה שפותחו על ידי הצי הגרמני לקראת תום מלחמת העולם השנייה (למזלן של בעלות הברית לא הספיקו הגרמנים ליישם שיטות אלה לפני סוף המלחמה) אומצו על ידי שני הצדדים במלחמה הקרה, והפכו את הצוללות למהירות ושקטות יותר. הצוללות הפכו לכלי שיט בעלי חשיבות אסטרטגית כאשר עברו להנעה בעזרת כור גרעיני והותקנו עליהן טילים בליסטיים או טילי שיוט.