USS Thresher menemui ajalnya yang tragis pada 10 April 1963, di lepas pantai Maine. Pada saat menghilang, ia sedang melakukan uji coba laut yang melibatkan penyelaman hingga kedalaman maksimum 1.300 kaki. Selama uji coba ini, kapal selam secara teratur berkomunikasi dengan USS Skylark di dekatnya.
Ketika komunikasi itu berhenti, tak lama setelah jam 9 pagi, jelas telah terjadi masalah besar. Angkatan Laut AS meluncurkan pencarian dan penyelidikan selama seminggu tentang apa yang terjadi pada salah satu kapal selamnya yang paling berteknologi maju. Puing-puing dari kapal selam akhirnya ditemukan di kedalaman 8.400 kaki, di dasar laut, pada 27 Juni.
Akhirnya disimpulkan bahwa kebocoran, yang disebabkan oleh sambungan yang tidak aman, mengakibatkan banjir — yang pada gilirannya menyebabkan reaktor dan sistem very important lainnya mati. Tanpa daya, USS Thresher mulai turun tak terkendali. Di beberapa titik di bawah kedalaman operasi 1.300 kaki, kapal selam akan mencapai kedalaman yang hancur. Memukul kedalaman ini menyebabkan kegagalan lambung kapal karena ledakan.
Semua 129 orang di kapal selam itu tewas. USS Thresher tetap menjadi salah satu dari hanya dua kapal selam nuklir AS yang telah hilang dari Angkatan Laut dalam sejarahnya. Yang lainnya, USS Scorpion, juga akhirnya meledak — meskipun tidak pasti ledakan itu menyebabkan kerugiannya. Selama bertahun-tahun, beberapa teori telah dikemukakan, termasuk segala sesuatu mulai dari kerusakan torpedo hingga serangan Soviet.