Forzando la voluntad paterna, Isaac superó las pruebas de acceso e ingresó en el Colegio Naval Militar de San Fernando el 8 de diciembre de 1866, siendo nombrado guardiamarina de segunda clase e iniciando su carrera naval, que le llevó de buque en buque y a través del Mediterráneo y del Atlántico. En 1867, con sólo dieciséis años, se embarcó en la urca Santa María con destino a Manila, doblando el cabo de Buena Esperanza. Peral regresó a España a los dos años para, en la fragata Victoria conducir desde Italia al nuevo rey de España, Amadeo de Saboya, por lo que recibió su primera condecoración: caballero de la Orden de la Corona de Italia. El 21 de enero de 1870 y tras un duro examen, es ascendido a guardiamarina de primera y, a la vez que navegaba por los puertos del Mediterráneo, preparaba su examen para alférez de navío, obteniéndolo el 31 de enero de 1872 y siendo destinado a la goleta Sirena y, más tarde, al vapor Vulcano.
 
    La guerra de Ultramar continuaba en el Atlántico; el gran imperio español se derrumbaba y sólo Cuba y Puerto Rico eran los exponentes de un esplendoroso pasado. En Cuba, donde en 1868 estalló el movimiento independentista de Yara, la doctrina norteamericana Monroe hacía inviable una solución favorable para España, por lo que USA se convertía en enemigo potencial de España, en unos momentos en los que en la península se dilucidaba la guerra Carlista y era inminente el conflicto cantonal. Era muy difícil, por tanto, destinar hombres, recursos y barcos al conflicto antillano, aunque estuviese en juego nuestro prestigio como potencia colonial. El gobierno español sólo podía aspirar a cortar las líneas de aprovisionamiento de los rebeldes cubanos, mediante la vigilancia de las difíciles costas caribeñas, para lo que se destinó una flotilla de buques de pequeña envergadura y construidos en USA.
 
   Al cañonero Dardo fue destinado Isaac Peral como segundo comandante el 23 de noviembre de 1872, destacando en varias acciones de guerra en la zona de Nuevitas, lo que le valió la Gran Cruz del Mérito Naval con distintivo rojo. El 18 de diciembre de 1874, Peral llegó de nuevo a Cádiz, después de haber asistido como testigo al affaire Virginius; y es destinado a la guerra del Norte en la goleta Sirena, participando en el bloqueo y bombardeo de Elanchove y Bermeo. Terminada la guerra, fue destinado como instructor de guardiamarinas a la fragata Blanca y después a la Numancia. Su contacto con la enseñanza naval será decisivo.
 
    En julio de 1876, Peral entra como profesor en la Academia de Ampliación de Estudios de la Armada y al año siguiente contraerá matrimonio con la gaditana Carmen Cencio y Rodríguez. Su estancia en la institución científica y su contacto con otros profesores preocupados por la ciencia y la técnica naval, como José Luis Díaz y Joaquín Ariza, serán decisivos para el futuro de Peral y de su invento. Ya en el campo de la investigación dio muestras de sus conocimientos elaborando una «Teoría de los huracanes», que le valió la Cruz de Primera Clase del Mérito Naval con distintivo blanco.
 
   El 21 de julio de 1880 fue ascendido a teniente de navío, siendo destinado a Cartagena, a la Escuadra de Instrucción, y al año siguiente, a petición propia, es destinado a Filipinas, con el fin de conseguir mejores haberes. La estancia de Peral en el Pacífico transcurre por varios destinos de la Marina, con los mismos objetivos que en Cuba, pero en un territorio desconocido y hostil, que era preciso, además, cartografiarlo. Peral ocupó un cargo burocrático en el destartalado Arsenal de Cavite. Más tarde formó parte de la Comisión Hidrográfica y el 15 de noviembre de 1881 consiguió el mando del cañonero Caviteño, realizando misiones de control, vigilancia y transporte en los mares del sur, hasta que en 1882 regresa de nuevo a España y es destinado a la Academia de Ampliación de la Armada en San Fernando, donde impartirá las asignaturas de Física, Química y Alemán y, tras la reunificación de las Academias de la Armada, Peral se ocupará de la cátedra de Física, gestando aquí su proyecto de buque submarino.