第一艘柴油机船只其实也就是第一艘柴电动力船只，是1903年下水的俄罗斯的油船汪达尔号。而汽涡轮机推进的船则是从20世纪20年代才开始应用于美国田纳西级战列舰。而真正的在大型水面船只使用柴电动力则在更往后的时间发展。芬兰1929年开始建造的海岸巡逻舰Ilmarinen级，之后这种推进技术被广泛应用于破冰船之中。
一些当代的船只，比如游艇和破冰船上，使用电动机进行辅助推进帮助船只进行360度旋转从而使得船只更具有操作性。
还有一些船只使用燃气轮机但原理却基本相似。其实很大一部分船只的动力系统则是将各种轮机系统混和在一起的。比如玛丽二世女王号，在船的底部安有一组柴油机以及在顶部排气塔的一组燃气轮机。这里两组轮机都用于发电以供应发电机，船只的推进螺旋桨却并未与这两组的任何一组直接连接。
柴电系统是潜艇的主流推进技术。
柴电动力在第一次世界大战之前就已经成功地在潜艇上使用，由此潜艇的航程和自持力相比于较早的汽油机大大增加，从而将潜艇动力推向了一个新的纪元。在此之前，汽油机所使用的汽油具有挥发性，一旦汽油蒸汽弥散出燃料舱就会带来毁灭性的大火乃至爆炸。而柴油则挥发性小，这也使得潜艇燃料的装载和储存更简单更安全。
潜艇中柴电动力系统通常由柴油机、发电机、蓄电池与电动机组成。柴油机连接发电机，在水面航行时发电机由柴油机带动发电为潜艇中的蓄电池充电。而在下潜时，由于潜艇中的氧气有限，无法让柴油机继续运作，这时潜艇中的蓄电池为电动机提供电力，潜艇中动力传动轴切换连接至电动机提供。不过传动轴切换动力装置和长传动轴则通常会造成噪音和震动。
苏联有一些潜艇拥有三组动力装置，从而让潜艇的动力可以有更大的组合：比如三台柴油机或电动机同时运作，或者通过通气管让两台靠外的柴油机为蓄电池充电，中间的推进桨则由更安静的电动机继续运作等等。
柴电动力的性能被认为是常规动力潜艇中比较成功的，而且其研发和制造难度相对较低。很多国家的海军都通过进口潜艇之后仿制，从而增加本国的潜艇研究经验，同时降低制造成本。在两次大战之中，德国的一些柴电潜艇的设计相当出色，但也有一些并不太好。这些潜艇在战后提供给同盟国以及苏联之后，都很大程度上增加了各自国家的潜艇研制能力。美国很多旧式潜艇的传动轴相互垂直，这种大噪音的设计在之后被遗弃。还有一些旧式潜艇的轮机舱都被从中切成两半，然后再将潜艇拉长以弥补舱室的空间，以这种方式让柴油机更稳定更可靠，但在接受德国的潜艇技术之后很多欧洲潜艇的柴油机都显示出了进步。
现代柴电潜艇的推进桨通常不会直接连接到柴油机，通常来说每个推进桨对应一个电动机，两个或更多的柴油发电机负责为潜艇提供电能并为电池充电。这种设计由于将潜艇动力系统的噪音有效的控制在内壳里，从而很大程度上减少了潜艇的噪音及声音标记，甚至一些核潜艇也用这种设计减少反应堆舱直接对外产生的噪音。其中以法国的核潜艇尤为出众，另外中国的093型核潜艇也采用这种技术，不过093型采用涡轮电机提供推进动力。
