利用潜艇进行情报搜集，起源于艾森豪威尔政府的最后几年。该项目有多个代号，其中最著名的是“磨石”（HOLYSTONE），它是最敏感的美国情报行动之一。“磨石”行动开始于1959年，运用装备了特殊电子设备”的潜艇搜集电子通信和图像情报。到1991年止，该项目的首要目标是苏联，但有时诸如越南和中国等国家也成为行动的目标，这些行动偶尔要突破苏联、中国和越南的三英里领土限制。
据称，1975年的每次任务要延续大约90天。到1975年，已执行的任务显然提供了有关苏联潜艇舰队的重要信息，包括其配置、能力、噪声图、导弹和导弹发射能力。每次任务包含获取苏联潜艇的“噪音图”。利用录制潜艇发动机和其他设备噪音的详细磁带，海军情报分析人员能够开发出一套方法，识别苏联不同的潜艇，即使对那些被远距离追踪的海洋深处潜艇也适用。然后，分析人员能够从潜艇的首次行动一直跟踪到它退役。
“磨石”行动还提供有关战区导弹和战略性海基导弹的信息。某些苏联海基导弹试验针对的是内陆目标，以便减少受到美国的监控。有时候，“磨石”行动的潜艇会侵入并靠近苏联领土以观察导弹发射，提供导弹飞行最初阶段的信息。据政府某位官员所言，任务中提供的最重要的信息是对苏联技术人员在导弹发射前所执行的计算机演算和计算机信号的解读。除此之外，美国潜艇通过追踪导弹的飞行和最终的着陆点，传递制导和电子系统的持续信息，获得情报。
潜艇还能够带回有价值的图像，其中许多是通过潜艇的潜望镜拍摄的。20世纪60年代中期时，图像中出现了E级潜艇的下侧，显然是停在符拉迪沃斯托克港口内的。
更近期的行动多次动用了38艘鲟鱼级核动力潜艇中的某些潜艇，该潜艇的尺寸为292×31.7×26英尺，装载了107人（12名军官和95名在编人员）的补给，该潜艇能以水下至少30海里每小时的速度航行，并能下潜至1320英尺深处。另有一些行动动用了一些更为现代化的洛杉矶级攻击潜艇。该潜艇尺寸为362×33×32.3英尺，能以32海里每小时的速度航行，配备了133名人员。
“磨石”任务的特殊装备包括WLR-6水男孩信号情报系统（Waterboy Signals Intelligence System）。20世纪80年代，WLR-6被更先进的“海妖”（SEA NYMPH）系统所取代。某份资料将其描述为“高级自动的模块信号挖掘系统，用于对电子信号的持续性获取、识别、记录、分析和挖掘利用”。所有的鲟鱼级潜艇都具备基础的骨干系统，只有得到授权后才可以升级至完整功能。
有证据表明，“磨石”行动一直持续到20世纪90年代初。1992年2月，美国海军“巴吞鲁日”号（Baton Rouge），一艘洛杉矶级攻击潜艇，在科拉半岛与苏联一艘潜艇发生冲突。据称，“巴吞鲁日”号正在执行针对苏联港口摩尔曼斯克的情报收集任务。另一次冲突发生于1993年3月20日，当时鲟鱼级美国海军“格雷灵”号（Greyling）在摩尔曼斯克以北100英里的巴伦支海遇到了俄罗斯一艘德尔塔Ⅲ级弹道导弹潜艇。一个月后，克林顿总统在与俄罗斯总统叶利钦的峰会期间为这次事件道了歉。他还下令对潜艇侦察行动进行一次评估。
虽然这类涉及俄罗斯的行动可能暂时被缩减，但显然并没完全停止。1997年12月初，一艘俄罗斯台风（Typhoon）潜艇发射了20枚弹道导弹，这是根据1991年签订的《战略武器削减条约》（Strategic Arms Reduction Treaty, SARTⅠ）进行的例行销毁。俄罗斯人指控称，一艘潜在水中的洛杉矶级潜艇监控了此次行动，但是美国海军官员表明不是美国潜艇（保留了可能是英国潜艇的猜疑）。
不管怎样，还是存在其他目标。仍在服役的洛杉矶级潜艇美国海军“托皮卡”号（Topeka）和“路易斯维尔”号（Louisville）分别于1992年11月和1993年1月到达了波斯湾。它们的任务是监视伊朗新的潜艇舰队。1995年美国飞行员斯科特·奥格莱迪在波斯尼亚上空被击落时，潜艇拦截了想要抓住奥格莱迪的波斯尼亚塞尔维亚人的通信。同一年，一艘潜艇被指派参与太平洋东部的禁毒工作，它截获了一艘可疑的拖网渔船上传输的信号，帮助美国海岸警卫队捕获了11吨可卡因。在更近期的行动中，长度为377英尺的第一艘新级别攻击潜艇美国海军“弗吉尼亚”号（Virginia）于2005年被派往了加勒比和南大西洋执行通信拦截任务。
截至2009年，代号为AQUADOR的系列潜艇侦察任务针对了各种各样的目标。某些情况下，潜艇监控伊朗海军在霍尔木兹湾的活动，目标是保护国际航运线。其他的任务则专注于监控被怀疑涉及弹道导弹和核武器导弹技术运输的外国商业航运。此类任务中，比较早的一次是追踪朝鲜船只，因为美国分析人员认为，这些船只正将弹道导弹和支持设备运往叙利亚和伊朗。
其他潜艇还被委派执行在海底电缆上安装窃听装置的任务，这属于信号情报搜集任务。20世纪70年代末，在一次名为“常春藤铃”（IVY BELLS）的行动中，海军在苏联位于鄂霍次克海海底的军事通信电缆上放置了传感装置，并考虑在巴伦支海海底的类似电缆上再放置一个。更近期，一艘新的潜艇——美国海军“吉米·卡特”号经过改装后，被委派执行接入光纤电缆的行动。它取代了美国海军“鲷鱼”号（Parche），后者也是经特殊配备用于情报搜集。美国海军“吉米·卡特”号是第三艘，也是最后一艘海狼级潜艇，它重达130吨、长度为453英尺，潜入水中时，能够以至少25海里的时速航行。
另一艘参与当前信号情报行动的潜艇是美国海军“安纳波利斯”号（Annapolis），它在2014年3月至9月，在航行经过欧洲司令部和中央司令部管辖区域期间，完成了“四次对国家安全极为重要的任务”。它配备了“辐射宝石”（RADIANT GEMSTONE）系统，用于目标追踪、迹象和预警（I&W）。它在计算机网络行动中也能发挥作用。