Μια ατομική βόμβα λειτουργεί ξεκινώντας μια πυρηνική αλυσιδωτή αντίδραση, η οποία απελευθερώνει μια τεράστια ποσότητα ενέργειας σε σχέση με τα συμβατικά εκρηκτικά. Ανά μονάδα όγκου, μια ατομική βόμβα μπορεί να είναι εκατομμύρια ή δισεκατομμύρια φορές πιο ισχυρή από τον TNT. Η πρώτη ατομική έκρηξη σημειώθηκε στις 16 Ιουλίου 1945 στο πεδίο δοκιμών Alamogordo στο Νέο Μεξικό, κατά τη διάρκεια μιας δοκιμής που ονομάζεται Trinity. Αναπτύχθηκε κατά τη διάρκεια του άκρως απόρρητου Manhattan Project, το οποίο διευθύνει ο στρατηγός Leslie R. Groves του Αμερικανικού Στρατού.
Οι πυρηνικές αντιδράσεις συμβαίνουν όταν τα νετρόνια εκτοξεύονται σε στενά γεμάτα άτομα με βαρείς πυρήνες (ισότοπα ουρανίου ή πλουτωνίου). Αυτοί οι βαρείς πυρήνες διασπώνται σε ελαφρύτερους πυρήνες όταν χτυπηθούν από ένα νετρόνιο, δημιουργώντας με τη σειρά τους περισσότερα νετρόνια που βομβαρδίζουν άλλους πυρήνες, δημιουργώντας μια αλυσιδωτή αντίδραση. Αυτή η διαδικασία είναι γνωστή ως σχάση. (Μια άλλη διαδικασία γνωστή ως σύντηξη απελευθερώνει ενέργεια συγχωνεύοντας τους πυρήνες αντί να τους διασπάσετε.) Διασπώντας τους ίδιους τους πυρήνες αντί απελευθερώνοντας ενέργεια μέσω μιας συμβατικής χημικής αντίδρασης, οι ατομικές βόμβες μπορούν να απελευθερώσουν περισσότερα από 80 terajoules ενέργειας ανά κιλό (TJ/ κιλό).
Στις πρώτες βόμβες, η αλυσιδωτή αντίδραση ξεκίνησε απλώς με την εκτόξευση δύο μισών σφαιρών ισοτόπου ουρανίου υψηλής καθαρότητας μεταξύ τους σε ένα μικρό θάλαμο. Σε ενημερωμένα σχέδια, ένας πυρήνας βόμβας ουρανίου ή πλουτωνίου περιβάλλεται από φακούς υψηλής έκρηξης σχεδιασμένους να συμπιέζουν τον πυρήνα κατά την έκρηξη. Ο συμπιεσμένος πυρήνας γίνεται κρίσιμος, ξεκινώντας μια αλυσιδωτή αντίδραση που επιμένει μέχρι να διασπαστούν πολλοί από τους βαρείς πυρήνες.
Η ατομική βόμβα και η ξαδέρφη της η βόμβα υδρογόνου ήταν πιθανώς τα πιο ισχυρά όπλα στον κόσμο από τη δημιουργία τους πριν από πολλές δεκαετίες. Οι μεγάλες βόμβες μπορούν να καταστρέψουν ολόκληρες πόλεις. Χιλιάδες ατομικές βόμβες έχουν πυροδοτηθεί, αν και μόνο δύο έχουν χρησιμοποιηθεί σε πόλεμο – και οι δύο χρησιμοποιήθηκαν από τις ΗΠΑ εναντίον της Ιαπωνίας κατά τη διάρκεια του Β ‘Παγκοσμίου Πολέμου. Υπάρχουν επτά χώρες που δηλώνουν ανοιχτά ότι διαθέτουν πυρηνικά όπλα. τις Ηνωμένες Πολιτείες, τη Ρωσία, το Ηνωμένο Βασίλειο, τη Γαλλία, τη Λαϊκή Δημοκρατία της Κίνας, την Ινδία και το Πακιστάν. Ο κόσμος διαθέτει επί του παρόντος αρκετή πυρηνική ικανότητα για να εξαφανίσει την ανθρώπινη φυλή πολλές φορές.