Αν και δεν υπάρχουν επίσημοι ορισμοί διαφορετικών γενεών πυρηνικών όπλων, οι ιστορικοί και οι αναλυτές ελέγχου των όπλων συχνά αναγνωρίζουν τέσσερις γενικές κατηγορίες, καθεμία από τις οποίες αντιπροσωπεύει μια σημαντική τεχνολογική πρόοδο σε σχέση με την τελευταία. Τα έθνη που αναπτύσσουν πυρηνικά όπλα τείνουν να αναπτύσσουν κάθε στάδιο με τη σειρά και σπάνια παρακάμπτουν τα στάδια, εκτός από περιστασιακά το πρώτο. Αυτά τα στάδια είναι 1) βόμβες σχάσης τύπου όπλου, 2) βόμβες σχάσης τύπου έκρηξης, 3) βόμβες σύντηξης και 4) MIRV (πολλαπλά ανεξάρτητα στοχεύσιμα οχήματα επανεισόδου) πυρηνικά όπλα που παραδίδονται. Σημειώστε πώς δεν υπάρχει ενιαία αρχή οργάνωσης για αυτό το σχήμα. η διάκριση μεταξύ της πρώτης και της δεύτερης βασίζεται στη μέθοδο έκρηξης, η δεύτερη και η τρίτη από τον τύπο της βόμβας και η τρίτη και η τέταρτη από το σύστημα παράδοσης που χρησιμοποιείται.
Τα πυρηνικά όπλα πρώτης γενιάς αναπτύχθηκαν αρχικά στις Ηνωμένες Πολιτείες το 1939-1945 υπό την αιγίδα του άκρως απόρρητου Manhattan Project. Η κατασκευή της βόμβας τύπου όπλου σημαίνει ότι η αρχή λειτουργίας της είναι ένα κομμάτι εμπλουτισμένου ουρανίου που εκτοξεύεται σε ένα άλλο σαν κανόνι. Όταν οι δύο μονάδες ουρανίου συνδυάζονται, φθάνουν στην κρίσιμη μάζα και ξεκινούν μια πυρηνική αλυσιδωτή αντίδραση. Το αποτέλεσμα είναι μια πυρηνική έκρηξη, όπως αυτές που σκότωσαν 140,000 ανθρώπους κατά τη διάρκεια του ατομικού βομβαρδισμού της Χιροσίμα κατά τον Β’ Παγκόσμιο Πόλεμο.
Τα πυρηνικά όπλα τύπου έκρηξης βελτιώνουν την αποτελεσματικότητα των όπλων τύπου όπλου περιβάλλοντας το ουράνιο με μια σφαίρα εκρηκτικών φακών, σχεδιασμένων να κατευθύνουν την ενέργειά τους προς τα μέσα και να συμπιέζουν το ουράνιο. Το αποτέλεσμα είναι ότι περισσότερο ουράνιο καταναλώνεται στην αλυσιδωτή αντίδραση αντί να διασπάται χωρίς σχάση, με αποτέλεσμα υψηλότερη απόδοση. Τα πυρηνικά όπλα τύπου έκρηξης αναπτύχθηκαν από τις Ηνωμένες Πολιτείες λίγο μετά τα πρώτα πυρηνικά όπλα τύπου όπλου. Η πυρηνική βόμβα που έπεσε στο Ναγκασάκι μόλις τρεις ημέρες μετά τον βομβαρδισμό της Χιροσίμα βασίστηκε στο σχέδιο τύπου έκρηξης, που της επέτρεψε να είναι πιο συμπαγές και ελαφρύτερο.
Παρά τις σταδιακές βελτιώσεις στα όπλα σχάσης, όπως η χρήση μιας μικρής αντίδρασης σύντηξης για την ενίσχυση της απόδοσης, το επόμενο μεγάλο βήμα προς τα πάνω στην καταστροφή των πυρηνικών όπλων επιτυγχάνεται με τη βόμβα σύντηξης ή τη βόμβα υδρογόνου. Αντί να διασπάσει (διασπάσει) πυρήνες ουρανίου ή πλουτωνίου, η βόμβα σύντηξης συγχωνεύει ελαφρά στοιχεία (υδρογόνο) και απελευθερώνει την περίσσεια ενέργειας της έκρηξης. Αυτή είναι η ίδια διαδικασία που τροφοδοτεί τον Ήλιο. Τα περισσότερα σύγχρονα πυρηνικά όπλα είναι τύπου σύντηξης, καθώς οι αποδόσεις που επιτυγχάνονται είναι πολύ υψηλότερες από τα καλύτερα όπλα σχάσης.
Μετά την κατασκευή πολυάριθμων βομβών σύντηξης, δεν υπήρχαν άλλα βήματα που θα μπορούσαν να γίνουν για να αυξηθεί η απόδοση αυτών των όπλων, έτσι η εστίαση μετατοπίστηκε στην ανάπτυξη μεθόδων παράδοσης που ένας πιθανός εχθρός δεν θα ήταν σε θέση να αντιμετωπίσει. Αυτό οδήγησε στην ανάπτυξη της παράδοσης MIRV, με την οποία ένας βαλλιστικός πύραυλος με πυρηνική κεφαλή εκτοξεύεται έξω από την ατμόσφαιρα, οπότε απελευθερώνει 6-8 ανεξάρτητα στοχεύσιμα οχήματα επανεισόδου για να πέσει βροχή σε παρακείμενους στόχους. Καθώς αυτά τα οχήματα επανεισόδου με πυρηνική κεφαλή ταξιδεύουν με ακραίες ταχύτητες, περίπου 23 Mach, το μπλοκάρισμα ή η εκτροπή τους είναι ουσιαστικά αδύνατο με τις τρέχουσες τεχνολογίες.