Guido Panerai, der Enkel des Gründers wusste eine Erfindung aus dem Jahre 1914 für seine Produkte zu nutzen: die Spezialmischung aus Zinksulfat und Radiumbromid nannte er Radiomir und ließ sie 1916 patentieren. Diese Leuchtmasse ermöglichte das Ablesen der Zifferblätter auch im tiefen Gewässer, in der Dunkelheit und bei schlechtesten Sichtverhältnissen. Der Erfolg ließ nicht lange auf sich warten. Panerai wurde daraufhin mit der Produktion von Armbanduhren beauftragt – dies war die Geburtsstunde der Panerai Radiomir.

Panerai versorgte daraufhin die königliche Marine mit Taucheruhren, Tiefenmessern, Signalgebern und Marinekompassen, die am Handgelenk getragen wurden. In den ersten Jahren wurden die Radiomir Uhren mit den Rohwerken von der Firma Cortébert noch bei Rolex gefertigt. Dank ihrer Unverwüstlichkeit und dem einzigartigen Aussehen wurde die Radiomir zur Kultuhr. Officine Panerai trug dem Rechnung und produzierte ab 1993 Neuauflagen der Uhr.

Die Panerai Radiomir Referenz 3646 mit einem Handaufzugswerk Kaliber Rolex 618 ist eine legendäre Kampfschwimmeruhr, die den Ruf der Marke Panerai mitbegründete. Sie ist auch unter dem Namen „3646 Kampfschwimmer“ oder „Kampfschwimmer Panerai“ bekannt.

Die 1936 als Prototyp entwickelte und ab 1938 hergestellte Radiomir war die erste professionelle Taucheruhr überhaupt. Kurz vor Beginn des zweiten Weltkrieges entwickelte Panerai zehn Prototypen des Modells „Radiomir“ mit 47mm kissenförmigen Gehäuse für die Spezialeinheiten der italienischen Marina Militare. Ein Dokumentar Film aus dem Jahre 1944 und Bilder zufolge haben auch die deutsche Kampfschwimmer Gruppe einige Panerai Exemplare in die Finger bekommen, die sie einsetzten. Zu erkennen sind die Modelle an den Gravierungen der Namen im Bodendeckel der Uhren, für Sammler eine wichtiges Merkmal.

In den 90ger Jahren entstand auch die Spezialedition „Slytech“ für den amerikanischen Schauspieler Silvester Stallone, die wesentlich zur Beliebtheit der Marke beitrug. Der Hollywoodstar hatte Officine Panerai beauftragt die Submersible zu kreieren. Jeweils in den Filmen „Daylight“, „Expendables“ und „Rambo 4“ trug der grosse Uhrenliebhaber Stallone, Zeitmesser aus dem Hause Panerai.

Seit 2002 steht im schweizerischen Neuchâtel eine eigene Manufaktur, in der Panerai ihre Uhren entwickelt und fertigt. Hier entstand auch das erste „echte“ Manufakturkaliber nach vier Jahren Entwicklungszeit, das P.2002 mit Handaufzug, GMT Funktion und 8 Tage Gangreserve. Dieses Uhrwerk wurde exklusiv in der Panerai Radiomir 8 Days GMT und in der Luminor 8 Days GMT eingebaut.

2005 unterzeichneten die zwei hochangesehenen italienischen Marken, Ferrari SpA und Officine Panerai einen Fünf-Jahresvertrag für die Herstellung und den Vertrieb hochwertiger Uhren unter dem Markennamen „Ferrari Engineered by Officine Panerai“.