รัฐบาลเกาหลีมีความพยายามที่จะพัฒนาเทคโนโลยีนิวเคลียร์เพื่อให้ในด้านการทหารและพลังงานมาตั้งแต่สมัยของประธานาธิบดีคิม อิล-ซ็อง โดยด้วยความช่วยเหลือของสหภาพโซเวียตมีการสร้างเตาปฏิกรณ์นิวเคลียร์ตัวแรกขึ้นที่ศูนย์วิจัยวิทยาศาสตร์นิวเคลียร์ย็องบย็อน (Yŏngbyŏn Nuclear Scientific Research Center) ในค.ศ. 1963 ในค.ศ. 1994 รัฐบาลเกาหลีของนายคิม จ็อง-อิล บรรลุข้อตกลงในการงดเว้นการพัฒนาอาวุธนิวเคลียร์และเกาหลีเหนือได้เข้าเป็นสมาชิกของสนธิสัญญาไม่แพร่ขยายอาวุธนิวเคลียร์ (Non-Proliferation Treaty; NPT) แลกเปลี่ยนกับความช่วยเหลือในการผลิตเครื่องปฏิกรณ์พลังงานนิวเคลียร์สองเครื่อง[51] แต่ทว่าในค.ศ. 2002 รัฐบาลเกาหลีเหนือยอมรับว่าได้กำลังผลิตอาวุธนิวเคลียร์มาโดยตลอดแม้ว่าจะบรรลุข้อตกลงกับสหรัฐอเมริกาเมื่อ ค.ศ. 1994 ซึ่งรัฐบาลของคิม จ็อง-อิล กล่าวว่าการผลิตลับจำเป็นสำหรับจุดประสงค์ด้านความมั่นคง โดยอ้างการมีอยู่ของอาวุธนิวเคลียร์ของสหรัฐอเมริกาในเกาหลีใต้และความตึงเครียดรอบใหม่กับสหรัฐอเมริกาภายใต้ประธานาธิบดีจอร์จ ดับเบิลยู. บุช[52] ผู้ซึ่งได้กล่าวว่าเกาหลีเหนือเป็นหนึ่งใน "อักษะแห่งความชั่วร้าย" (Axis of Evil) เกาหลีเหนือจึงถอนตัวออกจากการเป็นสมาชิกของสนธิสัญญาในค.ศ. 2003 นานาชาติประกอบด้วยห้าประเทศได้แก่ สาธารณรัฐเกาหลี (เกาหลีใต้) สหรัฐอเมริกา สาธารณรัฐประชาชนจีน ญี่ปุ่น และสหพันธรัฐรัสเซีย เข้าเปิดโต๊ะเจรจากับรัฐบาลเกาหลีเหนือเพื่อเกลี้ยกล่อมให้ยอมละทิ้งการพัฒนาระเบิดนิวเคลียร์ เรียกว่า การเจรจาหกฝ่าย (Six-party talks) แต่ไม่เป็นผลนัก

วันที่ 9 ตุลาคม ค.ศ. 2006 รัฐบาลเกาหลีเหนือทดลองระเบิดนิวเคลียร์ใต้ดินเป็นครั้งแรก และในปีต่อมาเดือนมกราคม ค.ศ. 2007 สำนักข่าวกลางของเกาหลีเหนือประกาศว่า เกาหลีเหนือประสบความสำเร็จในการทดลองนิวเคลียร์ใต้ดิน การเจรจาหกฝ่ายรอบที่หกในเดือนกุมภาพันธ์ ค.ศ. 2007 เกาหลีเหนือยินยอมที่จะยุติการพัฒนาอาวุธนิวเคลียร์แต่ไม่ยอมให้ผู้ตรวจสอบจาก ทบวงการพลังงานปรมาณูระหว่างประเทศ (International Atomic Energy Agency; IAEA) เข้าตรวจสอบ ในเดือนเมษายนค.ศ. 2009 รัฐบาลเกาหลีทำการทดลองระเบิดนิวเคลียร์ใต้ดินเป็นครั้งที่สอง ท่ามกลางเสียงประณามจากนานาชาติ

ความพยายามที่จะพัฒนาอาวุธสงครามนิวเคลียร์ ทำให้ทศวรรษแห่งความสัมพันธ์ที่ค่อนข้างดีระหว่างรัฐบาลเกาหลีทั้งสองเป็นอันต้องสิ้นสุดลง ในเดือนกันยายน ค.ศ. 2009 เกิดยุทธการแทชอง (Battle of Daecheong) เป็นการปะทะกันระหว่างเรือรบของเกาหลีเหนือและเกาหลีใต้ และเหตุการณ์จมเรือชอนัน (ROKS Cheonan sinking) เมื่อเดือนมีนาคม ค.ศ. 2010 ทำให้มีลูกเรือชาวเกาหลีใต้เสียชีวิต