Avtonomno vozilo je kakršna koli vrsta vozila, ki za delovanje ne potrebuje navodil v realnem času od človeka. Avtonomnost vozila vključuje zagotavljanje pomembne ravni notranje sposobnosti odločanja. Avtonomne podmornice in avtomobili so bili razviti za različne namene.
Da bi avtonomno vozilo sprejemalo koristne odločitve v realnem času, so potrebni senzorji za pridobivanje povratnih informacij iz okolja. Nekatera oblika računalnika na vozilu, pogosto majhen mikroprocesor, lahko prevzame te podatke in določi stanje vozila. To je lahko tako preprosto kot sledenje trenutni lokaciji vozila, lahko pa vključuje tudi druge vrste meritev podatkov. Vgrajeni računalnik nato izvaja vnaprej programirane odzive na podlagi svojega trenutnega stanja, da se avtonomno vozilo obnaša na inteligentne načine.
Raziskave podmornic z avtonomnimi zmogljivostmi so se začele pred približno 50 leti. Ta avtonomna podvodna vozila (AUV) uporabljajo naftna in plinska industrija za kartiranje morskega dna, preden se zgradi podmorska infrastruktura, kot sta naftna in plinska polja. V vojski se AUV uporabljajo za pomoč pri odkrivanju drugih podmornic in spremljanju zaščitenih območij za nove predmete, kot so mine. Znanstveniki, ki preučujejo jezera in oceane, bodo morda ugotovili, da je avtonomno vozilo koristno za zbiranje vizualnih in kompozicijskih podatkov.
Mars Exploration Roverje lahko opišemo kot polavtonomne, ker lahko sprejemajo številne neodvisne navigacijske odločitve. Ta zmogljivost je bila zasnovana zaradi zamude pri povratnih komunikacijskih časih med Zemljo in Marsom. Te zamude se lahko gibljejo od približno 6 minut do celih 40 minut, odvisno od položaja planetov. Da bi roverjem pomagali napredovati v določenem dnevu, so jih inženirji programirali, da sprejemajo splošna navodila človeških operaterjev. Roverji se lahko tudi sami odločajo. V roverje je mogoče programirati različne ravni »poguma« in »strahopetnosti«, odvisno od tega, kako nevaren je lokalni teren.
Nedavno je Agencija za napredne obrambne raziskovalne projekte Združenih držav Amerike (DARPA) sponzorirala vrsto tekmovanj za razvoj avtomobila brez voznika. Na tekmovanju DARPA Grand Challenge so ekipe tekmovale med seboj, da bi svoj avto čim hitreje prepeljale skozi terensko progo. Leta 2007 je DARPA sponzorirala urbani izziv, ki je vključeval tečaj v urbanem okolju. Običajno se verjame, da so bili izzivi DARPA usmerjeni v spodbujanje razvoja avtonomnega vozila, ki bi lahko delovalo v sovražnih mestnih vojnih območjih. Uporaba avtomobila brez voznika pa je bila predlagana tudi za civilno uporabo.