Działanie broni jądrowej, polega na wyzwoleniu w bardzo krótkim czasie ogromnej energii wskutek łańcuchowej reakcji rozpadu ciężkich jąder atomów izotopów uranu, plutonu lub wskutek reakcji syntezy jąder izotopów wodoru. Materiał rozszczepialny w broni jądrowej może być w postaci kilku oddzielnych części o masie mniejszej od tzw. masy krytycznej. Wybuch ładunku jądrowego następuje wtedy, gdy jego masa osiąga wartość krytyczną wskutek albo zwiększenie gęstości materiału rozszczepialnego, albo połączenia oddzielnych ładunków w wyniku wybuchu ładunku konwencjonalnego. Głównymi czynnikami rażącymi wybuchu jądrowego są: fala uderzeniowa, promieniowanie cieplne, promieniowanie jonizujące oraz skażenie radioaktywne.
W 1942 rozpoczęto w USA realizację tzw. Projektu Manhattan, którego celem było stworzenie broni jądrowej; prace prowadzono z udziałem wielu wybitnych uczonych (m.in. N. Bohr, E. Fermi, R. Oppenheimer, H. Bethe, C. Seaborg); pierwsza próba z bronią jądrową w postaci bomby odbyła się 16 lipca 1945 r., na poligonie wojskowym w Alamagordo w stanie Nowy Meksyk w USA. Pierwszy i jedyny raz użyto broni jądrowej podczas II wojny światowej. Z amerykańskiego bombowca B-29 zrzucono 2 bomby atomowe na miasta japońskie: Hirosimę (6 sierpnia 1945 r.) i Nagasaki (9 sierpnia 1945 r.). Skala zniszczeń była ogromna. W 1949 r. wypróbowano broń jądrową w ZSRR, 1952 r. w Wielkiej Brytanii, 1960 r. we Francji, 1964 r. w ChRL, 1974 r. w Indiach. W 1993 r. broń jądrową posiadały: Chińska Republika Ludowa, Francja, Wielka Brytania, USA, Rosja Ukraina. Do państwa, które osiągnęły odpowiedni próg technologiczny i są zdolne wyprodukować broń jądrową należą: Izrael, Indie, Korea Północna, Pakistan.
