在机器动力钢铁战舰时代，由于18世纪蒸汽机的发明，冶金、机械和燃料工业的发展，使得造船的材料、动力装置、武器装备和建造工艺发生了根本变革，为近代海军技术奠定了物质基础。军舰开始采用蒸汽机主动力装置。初期的蒸汽舰，以明轮推进，同时甲板上设置有可旋转的平台和滑轨，使舰炮可以转动和移动。与同级的风帆战舰相比，其机动性能和舰炮威力都大为提高。
19世纪30年代，发明了螺旋桨推进器。1849年，法国建成第一艘螺旋桨推进的蒸汽战列舰“拿破仑”号。此后，法、英、俄等国海军都装备蒸汽舰。60年代出现鱼雷后，随即出现装备鱼雷的小型舰艇。70年代，许多国家的海军从帆船舰队向蒸汽舰队的过渡已基本完成，海军的组织体制、指挥体制进一步完善，军舰日益向增大排水量、提高机动性能、增强舰炮攻击力和加强装甲防护的方向发展，装甲舰尤其是由战列舰和战列巡洋舰组成的主力舰，成为舰队的骨干力量。
20世纪初，柴油机―电动机双推进系统潜艇研制成功，使潜艇具备一定的实战能力，海军又增加了一个新的兵种――潜艇部队。英国海军装备“无畏”级战列舰和战列巡洋舰以后，海军发展进入“巨舰大炮主义”时代。英、美、法、日、意、德等海军强国之间，展开以发展主力舰为中心的海军军备竞赛。美国人A・T・马汉提出的海权论理论，适应了这种海洋战略的需要，为海军大国所推崇。
1914年第一次世界大战爆发时，各主要参战国海军共拥有主力舰150余艘，装备鱼雷的小型舰艇成为具有可以击毁大型战舰的轻型海军兵力。20-30年代，海军有了第一批航空母舰和舰载航空兵，岸基航空兵也得到发展，海军航空兵成为争夺海洋制空权的主要兵种。至此，海军已发展成为由多兵种组成的，能在广阔海洋战场上进行立体作战和合同作战的军种。
第二次世界大战时期，由于造船焊接工艺的广泛应用、分段建造技术和机械、设备的标准化，保证了战时能快速、批量地建造舰艇。舰载机的研制和使用技术日趋成熟，在提高飞机投弹命中概率的基础上，又解决了鱼雷攻击的技术，其攻击效果超过重型舰炮。
第二次世界大战中，舰载航空兵、航空母舰和潜艇，有了迅速发展。交战双方主要海军国家拥有航空母舰总数，由战前的近30艘，发展到140余艘；潜艇由350艘发展到1500余艘，它们成为海军的主要突击兵力。战列舰和战列巡洋舰逐渐失去主力舰的地位。
在袭击塔兰托、袭击珍珠港、中途岛海战、珊瑚海海战、菲律宾海战、大西洋之战中舰载航空兵和潜艇显示出强大的突击威力；航空母舰编队或航空母舰编队群的机动作战、潜艇战和反潜艇战成为海战的重要形式，改变了传统的海战方式。磁控管等电子元器件、微波技术、模拟计算机等关键技术的突破，出现了舰艇雷达、机电式指挥仪等新装备，形成舰炮系统，使水面舰艇攻防能力大为提高。潜艇对水面舰艇和海上交通线的严重威胁，推动了声呐和鱼雷、深水炸弹等反潜武器的发展。对海洋环境中目标所具有的磁性、水压、光电、音响、温度等特定物理场的研究，促进了潜艇、反潜舰艇、反水雷舰艇、水中武器和水中探测设备的发展。