目前，海底隧道主要有两种修建方式：沉管法和盾构法。
沉管法是先在陆地上建好一段一段的隧道主体结构，两端用不透水的隔墙先封起来，就像一根根密闭的管子；同时疏浚海底，挖出一条平整的沟槽。由于封闭的预制管里面充满了空气，所以具有很大的浮力，可以漂浮。
用船将漂浮的预制隧道管拖到水面上预定的位置后，开始往管内的压舱水箱里加水，使其重量增加，下沉到水底的沟槽内，与之前已就位的沉管精确地连接起来，并在接口处做防水处理。然后再回填沟槽，并在隧道顶上加盖护石。预制隧道管内的临时压舱水会被抽掉，浇筑上混凝土来永久压舱。这样一段一段地连接下去，直到两端都与外界相连，最后再撤掉内部的隔墙，就形成了贯通的海底隧道。
这种方法速度快、抗地震、对环境扰动小，而且修建过程很安全。广州的珠江隧道、香港的红磡海底隧道都是采用沉管法建成。不过由于隧道结构暴露在水底，必须严格做好防水措施，而且隧道还可能被海上的船只抛锚或失事的沉船砸到。
盾构法则是直接在水下的地层中挖掘出一条隧道。这种方法是先在隧道的起点和终点挖出两个竖井，再用盾构机从起点竖井开始挖掘，穿越水下的地层，打通两个竖井。
盾构机的刀盘上布满了坚硬的金刚石刀头，不停旋转，可以在地下边挖掘边前进。在挖掘的同时，还要用预制的衬砌进行加固，避免围岩坍塌。著名的英法海底隧道就是用盾构法修建的。这种方法不仅可以修建水下隧道，还广泛用于地铁和山岭隧道的建设，比如北京有多条地铁都是用盾构法修建。
沉管法和盾构法并不是完全独立的，常协同使用。比如沉管隧道的出入口，也可能会使用盾构法来挖掘。