บทความหลัก: อุบัติเหตุจากนิวเคลียร์และการฉายรังสี, ความปลอดภัยนิวเคลียร์

อุบัติเหตุนิวเคลียร์, เพราะกองกำลังที่มีประสิทธิภาพมาเกี่ยวข้อง, มักจะมีอันตรายมาก. ในอดีต, เหตุการณ์ที่เกิดขึ้นครั้งแรกเกี่ยวข้องกับการรับรังสีอย่างร้ายแรง. มารี กูรีเสียชีวิตจากโรคโลหิตจางซึ่งเป็นผลมาจากระดับสูงจากการสัมผัสรังสีของเธอ. นักวิทยาศาสตร์สองคน, ชาวอเมริกันและแคนาดาตามลำดับ, แฮร์รี่ Daghlian และหลุยส์ SlotIn, เสียชีวิตหลังจากการจัดการที่ผิดพลาดของมวลพลูโตเนียมเดียวกัน. ซึ่งแตกต่างจากอาวุธธรรมดา, แสงที่รุนแรง, ความร้อน, และแรงระเบิดไม่ได้เป็นเพียงส่วนประกอบอันตรายเท่านั้นของอาวุธนิวเคลียร์. ประมาณครึ่งหนึ่งของการตายที่ฮิโรชิมาและนางาซากิเสียชีวิต 2-5 ปีหลังจากนั้นเนื่องจากการสัมผัสกับรังสี.

อุบัติเหตุนิวเคลียร์กับพลเรือนและอุบัติเหตุรังสีส่วนใหญ่เกี่ยวข้องกับโรงไฟฟ้านิวเคลียร์. ที่พบมากที่สุดคือการรั่วไหลของนิวเคลียร์ที่ทำให้คนงานสัมผัสกับวัสดุที่เป็นอันตราย. การหลอมละลายนิวเคลียร์ (อังกฤษ: nuclear meltdown) หมายถึงอันตรายที่รุนแรงมากขึ้นของการปล่อยวัสดุนิวเคลียร์ในสภาพแวดล้อมโดยรอบ. การ meltdowns ที่สำคัญที่สุดเกิดขึ้นที่เกาะทรีไมล์ในรัฐเพนซิลวาเนียและเชอร์โนบิลในยูเครนของโซเวียต. แผ่นดินไหวและสึนามิเมื่อวันที่ 11 มีนาคม 2011 ทำให้เกิดความเสียหายอย่างร้ายแรงต่อสามเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์และบ่อเก็บเชื้อเพลิงใช้แล้วที่โรงไฟฟ้านิวเคลียร์ฟุกุชิมะไดอิชิในประเทศญี่ปุ่น. เครื่องปฏิกรณ์ทางทหารที่ประสบการเกิดอุบัติเหตุที่คล้ายกันคือที่ Windscale ในสหราชอาณาจักรและ SL-1 ในประเทศสหรัฐอเมริกา.

อุบัติเหตุทางทหารมักจะเกี่ยวข้องกับการสูญหายหรือการจุดระเบิดที่ไม่คาดคิดของอาวุธนิวเคลียร์. การทดสอบ Castle Bravo ในปี 1954 ผลิตผลลัพธ์ที่มีขนาดใหญ่กว่าที่คาดไว้, ซึ่งปนเปื้อนหมู่เกาะใกล้เคียง, เรือประมงญี่ปุ่น (กับการเสียชีวิตไปหนึ่ง), และเพิ่มความกังวลเกี่ยวกับปลาที่ปนเปื้อนในญี่ปุ่น. ในปี 1950s ถึงปี 1970s, ระเบิดนิวเคลียร์หลายตัวได้หายไปจากเรือดำน้ำและเครื่องบิน, บางตัวไม่เคยได้รับการกู้คืน. ในช่วงยี่สิบปีที่ผ่านมา ได้เห็นการลดลงของการเกิดอุบัติเหตุดังกล่าว.