Параллельно с работами по проектированию многоцелевых атомных подводных лодок второго поколения, в ведущих конструкторских бюро страны, отраслевых и флотских научных центрах, велись поисковые работы по АПЛ Атомная подводная лодка третьего поколения. В частности, Горьковское (ныне нижегородское) ЦКБ Центральное конструкторское бюро-112 «Лазурит» в начале 60-х гг. разработало предэскизный проект под номером 673 — многоцелевую атомную подводную лодку, в конструкции которой было заложено много передовых решений — полуторакорпусная схема, обводы, оптимальные с точки зрения гидродинамики (без ограждения рубки), одновальная энергетическая установка с одним реактором и т. п. В дальнейшем работы по новым многоцелевым АПЛ Атомная подводная лодка в Горьком были продолжены. Одна из таких проработок и была в 1971 г. положена в основу проекта первого советского атомохода третьего поколения.

Расширение боевых возможностей американского флота — в первую очередь — его подводной составляющей, развивавшейся в 60—80-х гг. наиболее динамично, требовало резкого увеличения противолодочного потенциала советского ВМФ Военно-морской флот. В 1973 г. в рамках комплексной программы «Аргус» была разработана концепция противолодочной обороны страны. В рамках этой концепции ЦНПО «Комета» (генеральный конструктор А. И. Савин) началась реализация программы создания комплексной системы освещения обстановки «Нептун» (КСОПО «Нептун»), включающей:

— центральное звено системы — центр сбора, обработки, отображения и распределения информации, отражения;

— стационарные системы освещения подводной обстановки, работающие по различных физическим полям ПЛ Подводная лодка;

— гидроакустические буи, выставляемые в океане кораблями и самолетами;

— космические системы обнаружения подводных лодок по различным демаскирующим признакам;

— маневренные силы, включающие самолеты, надводные корабли и подводные лодки. При этом атомные многоцелевые подводные лодки нового поколения, обладающие повышенными поисковыми возможностями, рассматривались как одно из важнейших средств обнаружения, слежения и (после получения соответствующей команды) уничтожения субмарин противника.

Тактико-техническое задание на разработку большой атомной многоцелевой подводной лодки было выдано в марте 1972 г. При этом ВМФ Военно-морской флот ставилась задача ограничить водоизмещение в пределах, обеспечивающих строительство кораблей на внутренних заводах страны (в частности — на горьковском заводе «Красное Сормово»). Основным назначением новых АПЛ Атомная подводная лодка проекта "945 Барракуда" должно было стать слежение за ракетными подводными лодками и авианосными ударными группами потенциального противника, а также гарантированное уничтожение этих целей с началом боевых действий. Главным конструктором проекта являлся И. И. Кваша, а главным наблюдающим от ВМС Военно-морские силы - И. П. Богаченко. Принципиально важным элементом новой АПЛ Атомная подводная лодка было применение для изготовления прочного корпуса титанового сплава с пределом текучести 70-72 кгс/мм2, обеспечивающего увеличение предельной глубины погружения в 1,5 раза по сравнению с АПЛ Атомная подводная лодка второго поколения. Использование титанового сплава высокой удельной прочности позволяло за счет уменьшения массы корпуса сэкономить на водоизмещении лодки до 25 - 30%, что делало возможным постройку АПЛ Атомная подводная лодка в Горьком и транспортировку ее внутренними водными путями. Кроме того, титановая конструкция позволяла резко уменьшить магнитное поле корабля (по этому параметру атомоходы 945-го проекта сохраняют мировое лидерство среди подводных лодок и в настоящее время). Однако использование титана вело к существенному росту стоимости АПЛ Атомная подводная лодка и по технологическим причинам ограничивало число строящихся кораблей, а также число предприятий судостроения, участвующих в программе (технология постройки титановых корпусов не была освоена в Комсомольске-на-Амуре).

По сравнению с АПЛ Атомная подводная лодка предыдущего поколения торпедно-ракетный комплекс новой лодки должен был обладать вдвое увеличенным боезапасом, возросшем за счет применения новых боеприпасов и усовершенствованной системы целеуказания, дальностью стрельбы (в три раза для ракето-торпед и в 1,5 раза — для торпед), а также повышенной боеготовностью (время подготовки к стрельбе первым залпом сокращалось в два раза).

В декабре 1969 г. в ОКБ Опытно-конструкторское бюро Минавиапрома «Новатор» под руководством главного конструктора Л. В. Люльева начались работы по созданию новых противолодочных ракетных комплексов второго поколения Водопад и «Ветер», предназначенных в первую очередь для оснащения перспективных АПЛ Атомная подводная лодка третьего поколения. Еще одним новым типом оружия, внедренным на АПЛ Атомная подводная лодка третьего поколения, стала телеуправляемая самонаводящаяся в двух плоскостях торпеда типа ТЭСТ-71. Для освещения подводной и надводной обстановки и целеуказания оружию было решено применить усовершенствованный гидроакустический комплекс МГК-503 «Скат». Благодаря мерам по снижению шумности АПЛ Атомная подводная лодка и уменьшению собственных помех при работе ГАК Гидроакустический комплекс дальность обнаружения целей по сравнению с АПЛ Атомная подводная лодка второго поколения увеличилась более чем в два раза.

Новые системы радиоэлектронного вооружения позволили уменьшить предельную ошибку в определении места в пять раз, а также существенно увеличить интервалы между всплытиями для определения координат. Дальность связи возросла в два раза, а глубина приема радиосигналов — в три раза. Для отработки вопросов прочности и технологии «Красным Сормовым» были построены натурный отсек из титанового сплава, а также полунатурный отсек из другого, более прочного сплава титана, предназначенного для использования на перспективных сверхглубоководных АПЛ Атомная подводная лодка. Отсеки были доставлены в Северодвинск, где в специальной док-камере прошли статические и усталостные испытания. АПЛ Атомная подводная лодка проекта "945 Барракуда" предназначена для ведения борьбы не только с ракетными подводными лодками противника, но и с надводными кораблями из состава авианосных соединений и ударных группировок. Повышение боевого потенциала достигалось за счет усиления ракетно-торпедного и торпедного вооружения, прогресса в развитии систем обнаружения, целеуказания, связи, навигации, внедрения информационно-управляющих комплексов, а также улучшения основных тактико-технических элементов — скорости, глубины погружения, маневренности, скрытности, надежности и живучести.

Подводная лодка проекта "945 Барракуда" выполнена по двухкорпусной схеме. Легкий корпус имеет эллипсоидную носовую и веретенообразную кормовую оконечности. Закрытие забортных отверстий осуществляется при помощи шпигатных затворов и кингстонов на всех цистернах главного балласта. Прочный корпус, выполненный из титанового сплава, имеет относительно простые формообразования — цилиндрическая средняя часть и конические оконечности. Концевые переборки — сферические. Конструкция крепления к корпусу прочных цистерн исключает изгибные напряжения, возникающие при обжатии лодки на глубине. Корпус лодки разделен на шесть водонепроницаемых отсеков. Имеется система аварийного продувания двух цистерн главного балласта с помощью продуктов сгорания твердого топлива. Экипаж лодки — 31 офицер и 28 мичманов, для которых созданы относительно хорошие условия обитаемости. АПЛ Атомная подводная лодка оборудована всплывающей спасательной камерой, способной вместить весь ее экипаж.

Главная энергетическая установка номинальной мощностью 43 000 л. с. включает один водо-водяной реактор ОК-650А (180 мВт) и один парозубчатый агрегат. Реактор ОК-650А имеет четыре парогенератора, по два циркуляционных насоса для первого и четвертого контуров, три насоса третьего контура. Паровая одновальная блочная паротурбинная установка имеет широкое резервирование состава механизации. Лодка оснащена двумя турбогенераторами переменного тока, двумя питательными и двумя конденсаторными насосами. Для обслуживания потребителей постоянного тока имеется две группы аккумуляторных батарей и два обратимых преобразователя.

Гребной многолопастный винт обладает улучшенными гидроакустическими характеристиками и уменьшенной частотой вращения.

В случае выхода из строя главной энергетической установки для последующего ее ввода предусмотрены аварийные источники электроэнергии и резервные средства движения. Имеются два дизель-генератора ДГ-300 с обратимыми преобразователями (2 х 750 л. с.) с запасом топлива на 10 суток работы. Они предназначены для выработки постоянного тока для гребных электродвигателей и переменного — для общекорабельных потребителей. Для обеспечения движения под водой со скоростью хода до 5 узлов АПЛ Атомная подводная лодка оборудована двумя гребными электродвигателями постоянного тока мощностью по 370 кВт, каждый из которых работает на свой винт.

Лодка оснащена гидроакустическим комплексом МГК-503 «Скат» (с аналоговой обработкой информации). Комплекс связи «Молния-М» включает систему спутниковой связи и буксируемую антенну «Параван». Комплекс ракетно-торпедного вооружения и боевая информационно-управляющая система обеспечивают одиночную и залповую стрельбу без ограничений по глубине погружения (вплоть до предельной). В носовой части корпуса установлено четыре 533-миллиметровых и два ТА Торпедный аппарат калибром 650 мм. В боекомплект входит до 40 единиц оружия — ракето-торпеды и торпеды. Альтернативный вариант — до 42 мин.

Дальнейшим развитием лодки проекта 945 стала АПЛ Атомная подводная лодка проекта 945А (шифр «Кондор»). Ее основным отличием от кораблей предыдущей серии был измененный состав вооружения, включавший шесть 533-мм торпедных аппаратов. В боекомплект лодки были включены стратегические крылатые ракеты. Лодку оснастили и восемью комплектами ПЗРК самообороны «Игла». Число водонепроницаемых отсеков возросло до семи. Лодка получила усовершенствованную энергетическую установку мощностью 48 000 л. с. с реактором ОК-650Б (190 мВт). В выдвижных колонках разместили два подруливающих устройства (по 370 л. с.). По уровню демаскирующих признаков (шумности и магнитному полю) лодка проекта 945А стала самой малозаметной в советском флоте. На АПЛ Атомная подводная лодка установили усовершенствованный ГАК Гидроакустический комплекс «Скат-КС» с цифровой обработкой сигналов. В состав комплекса вошла низкочастотная протяженная буксируемая антенна, размещенная в контейнере, расположенном на вертикальном оперении. Корабль оснастили комплексом связи «Симфония».