Vaevalt leidub külma sõja ikoonilisemat riistvara kui tuumaallveelaev. Nii tuumajõul kui ka mõnel juhul tuumarakettidega varustatud allveelaevad on tiirutanud ümber maailma ookeanide pärast esimese tuumaallveelaeva USS Nautiluse starti 1954. aastal. Tänapäeval on viis riiki (USA, Venemaa, Prantsusmaa) , Ühendkuningriik ja Hiina) käitavad sadu tuumaallveelaevu üle maailma. Kõigi nende riikide jaoks moodustavad rakette käivitavad allveelaevad olulise osa tuumatriaadist, mis hõlmab maismaal asuvaid rakette, strateegilisi pommitajaid ja ballistiliste rakettide allveelaevu (SSBN).
Tuumaallveelaeval on tohutu eelis võrreldes sellega, mida see asendas – diiselmootoriga allveelaevad. Suured sõjalised diiselmootoriga allveelaevad, mida ehitati pärast iseseisvussõda, vajasid põlemiseks õhku, et toota akudele elektrit. Sukeldumisajad piirdusid aeglasel kiirusel mõne päevaga või tippkiirusel vaid mõne tunniga. Vajadus tõsta allveelaevad pinnale on suur rünnakuoht. Seevastu tuumajõul töötavad allveelaevad on isejõulised ning nende sukeldumisaega piirab üldjuhul vaid saadaolev toiduvaru ja meeskonna mõistus. Kaasaegne tuumaallveelaev võib ilma tankimiseta töötada kogu oma 20 või 40 aasta pikkuse eluea.
Tuumaallveelaevad kipuvad olema äärmiselt kallid, sama kulukad kui kõige kallimad ja keerukamad õhupommitajad. Virginia klassi allveelaev, seeria, mida praegu ehitatakse Ameerika Ühendriikide mereväe jaoks, maksab umbes 1.8 miljardit USA dollarit (USA dollarit) ühiku kohta, osaliselt mastaabisäästu puudumise ning kõrgete ohutus- ja töökindlusnõuete tõttu. Allveelaevade kere peab olema valmistatud väga täpselt, et allveelaev suudaks sügavate sukeldumiste ajal säilitada suurimat võimalikku kere survet. Kaasaegsete tuumaallveelaevade katsesügavus (rahuoperatsioonide ajal lubatud maksimaalne sügavus) on umbes 1,600 jalga (488 m), sel hetkel on rõhk umbes 48 korda suurem kui pinnal.
Tuumaallveelaevad, mida käitavad ainult maailma tuumariigid, jagunevad üldiselt kahte klassi: ründetuumaallveelaevad ja ballistiliste rakettide tuumaallveelaevad. Ründeallveelaevad, nagu Seawolf, Los Angeles ja Virginia klass, on relvastatud kümnete torpeedode ja tiibrakettidega, mis võivad tabada sihtmärke sadade miilide kaugusel. Ballistiliste rakettide allveelaevad, nagu Ohio klass, kannavad igaüks 24 tuumaotsaga Trident ballistilist raketti.