Testele nucleare au fost efectuate de opt națiuni – Statele Unite, Rusia, Regatul Unit, Franța, China, India, Pakistan, Coreea de Nord și, posibil, Israel. Primul test nuclear, Trinity, a fost efectuat de Statele Unite pe 16 iulie 1945, lângă Alamogordo, New Mexico. De atunci, cel puțin alte opt națiuni au dezvoltat arme nucleare, dintre care cinci – Statele Unite ale Americii, Rusia, Regatul Unit, Franța și China, care fac parte din „state cu arme nucleare”, așa cum sunt identificate de Tratatul de neproliferare nucleară, recunoscut la nivel internațional.
Există patru tipuri principale de teste nucleare – atmosferice, subterane, exoatmosferice și subacvatice. Fiecare are scopuri și avantaje diferite. Primul test nuclear a fost atmosferic, o bombă echivalentă de 20 de kilotone de TNT a detonat pe un turn de oțel de 20 m (67 ft) înălțime. Câțiva oameni de știință din cadrul Proiectului Manhattan erau îngrijorați că testul va aprinde atmosfera și va ucide totul de pe Pământ, dar calculele de la acea vreme au arătat că aceasta este o probabilitate extrem de scăzută și, din fericire, nu s-a întâmplat. Această primă ocazie de testare nucleară a generat o minge de foc de 200 de metri (656 ft) și a lăsat un crater de sticlă radioactivă în deșert la 3 metri (10 ft) adâncime și 330 de metri (1,100 ft) lățime. Bucăți din acest pahar verde, numit Trinitit, sunt considerate obiecte de colecție valoroase.
După bombardamentele atomice de la Hiroshima și Nagasaki din 6 și, respectiv, 9 august 1945, următoarele explozii nucleare au avut loc în timpul Operațiunii Crossroads. Această testare nucleară, efectuată la atolul Bikini în vara anului 1946, a prezentat prima explozie subacvatică, Baker și un alt test, Able. Lovitura Baker a fost folosită pentru a testa efectele armelor nucleare pe mai multe nave mari, care includeau manechine pe punți. Aceste nave au devenit periculos de radioactive în urma testelor, fiind primul exemplu de contaminare radioactivă acută cu o armă nucleară.
În deceniile care au urmat, mii de teste nucleare au fost efectuate de statele nucleare, în special SUA, Rusia și China. Rusia și-a detonat prima bombă în 1949, urmată de Regatul Unit în 1952, Franța în 1960, China în 1964, India în 1974, Pakistan în 1998 și Coreea de Nord în 2006. Este posibil ca Israelul și/sau Africa de Sud să fi efectuat un test nuclear pe o insulă îndepărtată din sudul Oceanului Indian în 1979, dar acest lucru este contestat. În 1970, statele membre ale Tratatului de neproliferare nucleară au convenit doar să efectueze teste nucleare în subteran. De-a lungul anilor 1990, majoritatea statelor nucleare au oprit testele. Singurele explozii nucleare din 1998 au fost testul din Coreea de Nord din 9 octombrie 2006, deși această bombă a avut un randament scăzut și se crede că a fost o „fizzle”.