航空潛艦

德國

德國是最早研發航空潛艦的國家，曾試驗腓特烈FF.29水上偵查機降落在U-12潛艦上。1915年1月15日，一艘U-12運載一架FF.29及一枚12公斤炸彈嘗試能否藉此增加轟炸英國的範圍，計畫是U-12以上浮航行的方式運載FF.29，飛機起飛後潛艦下潛返航，飛機則飛回機場或在海上降落。儘管飛機成功起飛，但飛機在甲板上被海水浸泡產生許多問題需要改善，隨後這個實驗被德國海軍司令部認為不實際而中止。1917年因計畫增加潛艦戰力而被重新起草，並計畫開發兩款可拆裝的水上偵查機（漢莎-布蘭登堡 W.20與Luftfahrzeug Gesellschaft L.F.G. Stralsund V.19）與專用機庫由巡洋潛艦Unterseeboote運載，但隨著戰爭結束而中止。

英國

英國也在1916年嘗試使用E22潛艦潛艦運載Sopwith Tabloid水上飛機穿越北海攔截德國飛船，但與德國有一樣的狀況而放棄。

法國

1926年法國為了斷切敵方海運路線開始計畫打造速科夫號潛艦，並於1934年完工。速科夫號被稱為潛水巡洋艦（underwater cruiser），它搭載了一座203公釐聯裝砲塔這種一般只有巡洋艦或戰艦才會搭載大口徑艦砲，另有37公釐三聯裝機砲與13.2公釐聯裝機槍各兩座，魚雷管共12門，在水中擁有4,304噸排水量為當時最大的潛艦，並有90天的續航力，但這些設計卻讓它隱蔽性不佳。速科夫號艦橋圍殼的後部為機庫，可搭載貝松MB411水上飛機1架進行偵查，並擁有起重機起降回收作業，雖然成功做出但因準備作業過於複雜且耗時，實際上卻很少使用，飛機庫甚至被代作倉庫用。前部裝載數艘小艇並設有收容40名俘虜的設施，整體而言速科夫號被分析認為缺乏戰術實用性，雖然它是航空潛艦成功的案例卻設計不成熟，雖然它本身的設計僅是以攔截商船為目標。第二次世界大戰爆發在法國休戰後為自由法國所擁有，1942年2月18日與美國商船「湯普生·萊克斯」號撞上並沉沒，但後來另有一份調查報告認為是受到美國飛機意外的攻擊造成。

義大利

1926年義大利皇家海軍建造的Ettore Fieramosca潛艦擁有一個防水機庫並計畫搭載一種小型的水上偵查機，1928年交付Macchi與比雅久分別生產出Macchi M.53與比雅久 P.8兩款適合的機型，但計畫最後被取消。

日本

日本在二戰前便十足運用航空潛艦的概念。伊一型潛艦（巡潜1型）的五號艦伊號第五潛艦1932年完工時便增設機庫，為日本第一艘航空潛艦，被稱為巡潛1型改（巡潜1型改），1933年將後部的高射砲去除改裝一座空氣式彈射器（吳式1號2型），但1940年時又被拆除並安裝1具25公釐聯裝機槍，之後就沒再搭載艦載機過，1944年7月19日返回橫須賀途中被擊沉。
1935年5月15日竣工的巡潛2型伊號第六潛艦（巡潜2型）一樣後部設有機庫與彈射器（吳式1號3型）可用水上飛機進行偵查，但開戰後到1944年6月30日失蹤沉沒時都沒有使用過。伊七型潛艦（巡潜3型）的伊號第七潛艦與伊號第八潛艦也都在後部設置機庫與彈射器（伊7為吳式1號3型改，伊8為吳式1號4型）。綜觀二戰前日本完工的巡潛型潛艦後半者全是能搭載艦載機的航空潛艦。

英國

受到華盛頓海軍條約限制本來裝備重砲的M級潛艦在1號艦M1潛艦後的其他潛艦被迫轉往其他用途。1927年2號艦M2潛艦裝備了防水機庫和轉臂起重機，能將Parnall Peto水上飛機運載起降。1928年10月前甲板增設了斜向彈射器加強起飛效率。M2可以航行在艦隊前派遣飛機進行偵查，發現威脅及時下潛。1932年M2失蹤，之後英國皇家海軍放棄繼續研發航空潛艦。

美國

1922年美國開始對航空潛艦進行研究，兩架卡斯帕U.1水上飛機進行競標並展示到1923年，但沒有成功，不過卻留下技術資訊。後來美國海軍訂購了考克斯-XS Klemin-1S與馬丁MS-1類似卡斯帕U.1這種易拆卸的小型水上飛機各六架，10月到11月期間使用S-1潛艦進行運載測試，後來又研製出更適合的考克斯-XS-2與Loening XSL，但此時美國海軍已喪失興趣。由於考量作業繁雜且軍事價值有限的問題，並得知英國皇家海軍M2潛艦的狀況，且Loening XSL在安那考斯迪亞河受損促使美國終止研發。

德國

1939年納粹德國海軍開始建造四艘Type XI級巡洋潛艦（U-112、U-113、U-114與U-115），該潛艦排水量預計有4,650噸，幾乎是所有U型潛艦的兩倍，將會成為當時最大潛艦的奇蹟武器。船員共110人，搭載兩座127公釐砲並可運載一架AR 231水上飛機，但戰爭爆發後計畫遭到取消。
另外還嘗試開發Fa-330無動力自轉旋翼機搭載在IX級潛艦D2 Monsun上執行偵查與導航。Fa-330類似直升機但構造更簡單，觀測員座位沒有機身保護，操縱裝置僅能控制旋翼的共同傾角以及方向舵，頭上是三葉旋翼，升力源自潛艦纜繩牽引產生的氣流，同時纜繩內嵌電話線以便觀測員與母艦通訊。Fa-330平時可摺收存放，使用時可以迅速組裝完成，主要是在印度洋和南大西洋使用，但使用它會阻礙潛艦下潛速度。在盟軍反潛機數量與涵蓋範圍大增後，Fa-330不能對其預警而使效果不彰。
曾計畫使用Fl-282直升機幫潛艦做遠距離偵察。Fl-282是由鋼管焊接製成的簡易小型直升機，其螺旋槳直徑僅1.8公尺，機身長度僅5.5公尺，機庫可安置在潛艦甲板上，但實際上Fl-282卻從未正式部署過。

日本

二戰爆發後大日本帝國海軍在航空潛艦應用的更加廣泛，伊九型潛艦（巡潜甲型）、伊號第十二潛艦（巡潜甲型改1）、伊一五型潛艦（巡潜乙型）、伊四〇型潛艦（巡潜乙型改1）與伊五四型潛艦（巡潜乙型改2）皆可以攜帶一架零式小型水上偵查機做偵查，與先前的伊5到伊8不同的是，飛機庫與彈射器由後甲板改到前甲板。其中伊一五型是建造最多也最有戰績的一級，擁有很高的航速與續航力，共建造20艘（伊15、伊17、伊19、伊21、伊23、伊25、伊26、伊27、伊28、伊29、伊30、伊31、伊32、伊33、伊34、伊35、伊36、伊37、伊38與伊39），其中伊25還曾成功使用飛機投擲燃燒彈轟炸美國本土。
除了用於偵查，日本在航空潛艦應用最令人嘆為觀止的就是開發出以對地攻擊為主要目標的伊四百型潛艦（潜特）。伊四百型全長122公尺，全寬12公尺，水中排水量達6,560噸，自恃力預計達120天，理論上可繞地球一圈半，在21世紀前是最大的柴電動力潛艦。伊四百型能搭載3架晴嵐攻擊機，晴嵐是1943年研發完成的潛艦搭載用水上艦載攻擊機，可掛載一枚800公斤的魚雷或炸彈，最大航程達1,540公里，機翼可翻折與機身貼合，浮筒可拆解另外存放。晴嵐平時可收納於指揮塔內的隧道式飛機庫，機庫艙口設於指揮塔前部並有一具彈射器（四式1號10型）固定於艦首甲板上，起飛準備作業預計最快僅需3分鐘，艦內裝配溫度足夠隨時可讓晴嵐使用的燃料槽。伊四百型雖內建簡易起重機但回收作業耗時不易，雖然測試演習或許可狀況晴嵐可以返回母艦內，但主要是計畫機員降落在水面待由母艦或其他艦艇接送後將機身鑿沉（浮筒亦可在飛行中拋棄以強化性能），如果附近有回收水上飛機功能的艦艇或水上飛機場亦可改由他們進行回收。據信促成研發伊四百型的是聯合艦隊司令山本五十六，原計畫是打造18艘，利用大量潛艦艦隊攜帶54架晴嵐近乎正規航艦的戰力攻擊巴拿馬運河以斷絕盟軍運輸捷徑，但在一號艦伊號第四百潛艦完工下水了時日本的戰力與經濟已每下愈況，山本也已遭伏擊陣亡，使原先的計畫已無意義，最後只完工伊號第四百一潛艦與伊號第四百二潛艦，建造中的伊403、伊404與伊405受各原因影響而停止建造並解體，伊406到伊417的建造計畫也直接取消，最後只有三艘伊四百型服役。
由於伊四百型沒能完成計畫的數量，因此使用原本的伊九型為基礎開發出伊十三型潛艦（巡潜甲型改2），伊十三型一樣設有起重機、機庫與彈射器，但只能運載兩架晴嵐，並對應重量增設防雷鼓包，與原本的伊九型比續航力增加但速度與隱蔽性都降低。該級本計畫打造4艘，但最後只完成伊號第十三潛艦與伊號第十四潛艦兩艘，剩餘的伊15與伊1都沒完成戰爭就結束了。儘管如此，日本仍在戰終前建造完成共47艘各型航空潛艦。
伊13在1945年執行晴嵐運送任務時失蹤，後來美軍記錄得知7月16日已被擊沉，伊14在運送兩架彩雲艦上偵察機達楚克群島後日本宣布投降，隨後被美軍接收研究，1946年5月28日在夏威夷近海自沉。1945年7月23日伊400與伊401載滿晴嵐前往波納佩州計畫攻擊烏利西環礁執行首場任務途中日本宣布投降，兩艦艦長下令拋棄所有魚雷與艦載機後艦隊被美軍發現接收，同年10月返回佐世保，1946年1月兩艦被美軍帶回美國本土作技術調查，最後在夏威夷近海做靶艦擊沉，伊402則在港內因空襲受損，維修中迎接終戰，1946年4月1日在東海被美軍做靶艦擊沉。伊十三型與伊四百型未成功締造戰績，但一些專家分析依當時的軍事技術此設計也許能做出有效的戰略打擊，也是開發最成熟被最多人公認的航空潛艦。雖然伊四百型已全遭擊沉，日軍當時的資料也盡乎銷毀，其機密技術已失盡，卻成功給世人帶來以潛艦執行攻擊地面的概念，間接促成彈道飛彈潛艦開發。

二戰後至今

1946年美國曾研究再開發新式的航空潛艦，並計畫在分類符號增設SSV。最初是計畫運載兩架XA2J Super Savage攻擊機進行核打擊或是四架F2H Banshee戰鬥機，在設計各種防水機庫與起降裝置後，長度預計180公尺到230公尺，水上排水量預計34,000頓，被認為過度夢幻而放棄。1952年提出較現實的計畫，改搭載三架F2Y海標式噴射水上戰鬥機並設計起飛用水坡道，長度預計140公尺，潛航排水量9,000噸，並採用70,000匹馬力（52,000千瓦）的核子動力系統，預計速度可達28節（時速52公里），但這設計仍是過於龐大。另一個較經濟的方案是利用二戰舊式潛艦運載水上飛機版的A-4天鷹式攻擊機發射RGM-6飛彈
目前有新計畫開發可放入魚雷管、艦載垂直發射系統或特製發射裝置的無人機來由潛艦運載，美軍計畫使用德國212型潛艦來進行實驗。儘管現在無任何潛艦設計上可裝載飛機，但它仍有十足的魅力，讓潛艦搭載飛機的想法並未徹底斷絕。在大眾文化的作品裡，有不少虛構的潛艦設定上有搭載艦載機。