บทความหลัก: อาวุธนิวเคลียร์

อาวุธนิวเคลียร์เป็นอุปกรณ์ที่ระเบิดได้ที่ได้รับแรงทำลายล้างจากปฏิกิริยานิวเคลียร์, ฟิชชันหรือรวมกันของฟิชชันและฟิวชั่น. ปฏิกิริยาทั้งสองปลดปล่อยพลังงานในปริมาณมหาศาลจากปริมาณที่ค่อนข้างเล็กของสาร. แม้กระทั่งอุปกรณ์นิวเคลียร์ขนาดเล็กก็สามารถทำลายล้างหนึ่งเมืองได้โดยการระเบิด, ไฟไหม้และการแผ่รังสี. อาวุธนิวเคลียร์ได้รับการพิจารณาว่าเป็นอาวุธที่มีอำนาจทำลายล้างสูง (อังกฤษ: weapons of mass destruction) และการใช้งานและการควบคุมพวกมันได้เป็นลักษณะสำคัญของนโยบายต่างประเทศนับตั้งแต่เปิดตัวครั้งแรกของพวกมัน.

การออกแบบของอาวุธนิวเคลียร์มีความซับซ้อนมากขึ้นกว่าที่มันน่าจะเป็น. อาวุธดังกล่าวจะต้องมีวัสดุฟิสไซล์ใต้วิกฤต (อังกฤษ: subcritical) หนึ่งสารหรือมากกว่าที่เสถียรพรัอมในการนำไปใช้, แล้วทำให้เกิดการวิกฤต (สร้าง critical mass) สำหรับการจุดระเบิด. นอกจากนี้ มันยังคงค่อนข้างยากที่จะตรวจสอบให้แน่ใจว่าปฏิกิริยาลูกโซ่เช่นนั้นได้กินส่วนที่มีนัยสำคัญของเชื้อเพลิงก่อนที่อุปกรณ์จะบินออกไป. การจัดซื้อจัดจ้างของเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ยังเป็นเรื่องยากมากกว่าที่มันน่าจะเป็น, เนื่องจากไม่มีสารที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติจะไม่เสถียรพอที่จะทำให้กระบวนการนี้เกิดขึ้นได้.

หนึ่งไอโซโทปของยูเรเนียม, ชื่อว่ายูเรเนียม-235, เกิดขึ้นตามธรรมชาติและไม่เสถียรเพียงพอ, แต่มันก็พบเสมอถูกผสมกับไอโซโทปที่มีเสถียรภาพมากขึ้นชื่อว่ายูเรเนียม-238. สารตัวหลังมีมากกว่า 99% ของน้ำหนักของยูเรเนียมตามธรรมชาติ. ดังนั้นบางวิธีการของการแยกไอโซโทปที่ขึ้นอยู่กับน้ำหนักของสามนิวตรอนจะต้องดำเนินการเพื่อเสริมสมรรถนะ (แยก) ยูเรเนียม-235.

อีกทางเลือกหนึ่ง, ธาตุพลูโตเนียมมีไอโซโทปหนึ่งที่ไม่เสถียรพอสำหรับกระบวนการนี้จะใช้งานได้. พลูโตเนียมไม่ได้เกิดขึ้นตามธรรมชาติ, ดังนั้นจึงต้องมีการผลิตในเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์.

อย่างสุดขั้วที่สุด, โครงการแมนฮัตตันได้ผลิตอาวุธนิวเคลียร์ที่ขึ้นอยู่กับแต่ละองค์ประกอบเหล่านี้. พวกเขาจุดระเบิดอาวุธนิวเคลียร์เป็นครั้งแรกในการทดสอบที่มีชื่อรหัสว่า "ทรินิตี้", ใกล้ Alamogordo, รัฐนิวเม็กซิโก, เมื่อวันที่ 16 กรกฎาคม ค.ศ. 1945. การทดสอบได้ดำเนินการเพื่อให้แน่ใจว่าวิธีการจุดระเบิดของระเบิดจะทำงาน, ซึ่งมันก็ทำงาน. ระเบิดยูเรเนียม, "Little Boy", ถูกทิ้งที่เมืองฮิโรชิมาของญี่ปุ่นเมื่อวันที่ 6 สิงหาคม ค.ศ. 1945, ตามด้วย "Fat Man" ที่ทำด้วยพลูโตเนียมในอีกสามวันต่อมาที่เมืองนางาซากิ. ในการปลุกให้ตื่นของการทำลายล้างและการบาดเจ็บล้มตายเป็นประวัติการณ์จากอาวุธเดียว, รัฐบาลญี่ปุ่นในไม่ช้าก็ยอมจำนน, เป็นการสิ้นสุดสงครามโลกครั้งที่สอง.

ตั้งแต่การระเบิดที่สองเมืองนั้น, ไม่มีอาวุธนิวเคลียร์ได้ถูกนำไปใช้อย่างก้าวร้าว. อย่างไรก็ตาม, พวกมันกระตุ้นให้เกิดการแข่งขันด้านอาวุธเพื่อพัฒนาระเบิดที่ทำลายล้างได้มากขึ้นเพื่อยับยั้งนิวเคลียร์. เพียงสี่ปีต่อมาเมื่อวันที่ 29 สิงหาคม 1949, สหภาพโซเวียตได้จุดระเบิดอาวุธฟิชชัน RDS-1 เป็นครั้งแรก. สหราชอาณาจักรทำตามเมื่อ 2 ตุลาคม 1952; ฝรั่งเศสเมื่อวันที่ 13 กุมภาพันธ์ 1960; และประเทศจีน. ประมาณครึ่งหนึ่งของผู้รอดชีวิตจากฮิโรชิมาและนางาซากิเสียชีวิต 2-5 ปีหลังจากนั้นเนื่องจากการสัมผัสรังสี[3][4]. อาวุธรังสี (อังกฤษ: radiological weapon) เป็นชนิดหนึ่งของอาวุธนิวเคลียร์ที่ออกแบบมาเพื่อแจกจ่ายวัสดุนิวเคลียร์ที่เป็นอันตรายในพื้นที่ของศัตรู. อาวุธดังกล่าวจะไม่ได้มีความสามารถในการระเบิดของฟิชชันหรือฟิวชั่น, แต่จะฆ่าคนจำนวนมากและปนเปื้อนพื้นที่ขนาดใหญ่. อาวุธรังสีไม่เคยถูกนำไปใช้. ในขณะที่มีการพิจารณาว่าไร้ประโยชน์โดยกองทัพธรรมดา, อาวุธดังกล่าวเพิ่มความกังวลเกี่ยวกับการก่อการร้ายนิวเคลียร์.

มีการทดสอบนิวเคลียร์กว่า 2,000 ครั้งได้ถูกดำเนินการตั้งแต่ปี 1945. ในปี 1963, ประเทศที่มีนิวเคลียร์ทั้งหมดและหลายประเทศที่ไม่มีนิวเคลียร์ได้ลงนาม "สนธิสัญญาห้ามและจำกัดการทดลอง", โดยให้คำมั่นว่าจะละเว้นจากการทดสอบอาวุธนิวเคลียร์ในบรรยากาศ, ใต้น้ำ, หรือในอวกาศรอบนอก. สนธิสัญญาอนุญาตการทดสอบนิวเคลียร์ใต้ดิน. ฝรั่งเศสยังคงทดสอบในบรรยากาศจนถึงปี 1974, ขณะที่จีนยังคงทำจนถึงปี 1980. การทดสอบใต้ดินครั้งสุดท้ายโดยสหรัฐอเมริกาทำในปี 1992, โดยสหภาพโซเวียตในปี 1990, โดยสหราชอาณาจักรในปี 1991, และทั้งสองประเทศฝรั่งเศสและจีนยังคงทดสอบจนกระทั่งปี 1996. หลังจากการลงนาม "สนธิสัญญาห้ามทดลองครอบคลุม" ในปี 1996 (ซึ่ง ณ ปี 2011 ไม่ได้มีผลบังคับใช้), ทั้งหมดของรัฐเหล่านี้ได้ให้คำมั่นที่จะยุติการทดสอบนิวเคลียร์ทั้งหมด. ผู้ไม่ลงนาม, อินเดียและปากีสถานได้ทดสอบอาวุธนิวเคลียร์ครั้งสุดท้ายในปี 1998.

อาวุธนิวเคลียร์เป็นอาวุธทำลายล้างที่รู้จักกันมากที่สุด - แม่แบบของอาวุธแห่งการทำลายล้าง. ตลอดช่วงสงครามเย็น, อำนาจของฝ่ายตรงข้ามมีคลังแสงนิวเคลียร์ขนาดใหญ่, เพียงพอที่จะฆ่าได้หลายร้อยล้านคน. รุ่นของคนที่เติบโตขึ้นมาภายใต้ร่มเงาของการทำลายล้างด้วยนิวเคลียร์, สร้างออกมาเป็นภาพในภาพยนตร์เช่น "Dr. Strangelove" และ "The Atomic Cafe".

อย่างไรก็ตาม, การปล่อยพลังงานอย่างมากในการระเบิดของอาวุธนิวเคลียร์ยังชี้ให้เห็นความเป็นไปได้ของแหล่งพลังงานใหม่.