19世紀にはそれまで木造のみであった艦船の材質に鉄や鋼が使用されるようになった。主な兵装は大砲の他に、艦首水面下に大きな衝角を装備した船が作られた。この衝角は、オーストリアとイタリアが戦ったリッサ海戦を最後に使われなくなり、20世紀に入ると廃止された。また鋼で装甲された艦が作られるようになり、南北戦争では装甲艦同士の砲撃戦も生起した。19世紀の終わりに魚雷が実用化され、日清戦争でその威力が確かめられた。

19世紀末から20世紀にかけて、戦艦・巡洋艦・駆逐艦・魚雷艇・潜水艦等の艦種が確立した。イギリス・フランス・ロシア・ドイツ・アメリカは戦艦多数を持つ大艦隊を装備したが、その他の国もその国力と地理条件に見合った艦隊を整備した。

日露戦争では戦艦同士の大規模な戦闘が行われ、その戦訓を元に弩級戦艦が作られた。またロシア海軍はこの戦争で大敗し、海軍拡張競争から脱落してゆく。

第一次世界大戦では、大艦隊を有するイギリス・フランス・アメリカとドイツが戦った。第一次世界大戦における海軍の主な戦いは、ドイツの潜水艦による通商破壊とそれに対する対潜作戦であった。水上艦艇による大規模な艦隊決戦は回数は少ないが、南米と北海で何度か行われた。また航空機が戦闘に使用され、航空母艦が整備されるようになった。

第一次世界大戦中もイギリスは大規模な建艦を続け、大戦終了時には他の国とは比較にならない大規模な艦隊を有していた。大戦で敗れたドイツは海軍を大幅に縮小され、フランスも国力が疲弊し新規建造は減少した。第一次世界大戦後はイギリスが艦隊を縮小し、大戦の影響の少なかったアメリカと日本が大建艦計画を始めたため、この3カ国が大海軍国となった。日米の大建艦計画は経済的負担が大き過ぎ、1920年代に建艦競争を一旦中止するワシントン軍縮会議とロンドン軍縮会議が行われ、1930年代末まで主力艦の建造は中止された。この期間をネイバル・ホリデー（海軍休日）と呼ぶ。

ネイバル・ホリデー後、各国は主力艦の建造を再開し、すぐに第二次世界大戦が始まった。この戦争で戦艦は主力艦の座を航空母艦に譲った。また大西洋では再度潜水艦と対潜部隊の大規模な戦闘が行われた。太平洋では、空母機動部隊同士の戦闘が行われた。

第二次世界大戦終了時、アメリカが多数の大型航空母艦を基幹とする圧倒的な海軍力を有し、それが現在まで継続している。現在は慣例に従えばパクス・アメリカーナとなる。ソビエト連邦は一時期アメリカの海軍力に挑戦したが、ソ連崩壊とともに海軍力も低下した。また、イギリス海軍も戦後の有力な海軍として残った他、海軍に準じる戦力として日本の海上自衛隊も世界で有数の実力を持つとされている。

第二次世界大戦後に、原子爆弾と長距離ミサイルが実用化され、これを一つにまとめた弾道ミサイルを多数搭載した原子力潜水艦が登場した。またこの潜水艦を破壊する目的の攻撃型潜水艦も多数建造されている。しかし現在の世界状況では核兵器は実際には使えない兵器であり、1990年代にアメリカの航空母艦から撤去されている。