Prin reglarea designului și a mecanismului de funcționare al unei bombe nucleare, randamentul poate fi modificat pentru a fi într-o gamă foarte largă. De exemplu, bombele cu hidrogen, care fuzionează nucleele atomice pentru a produce explozii nucleare, tind să fie mai energice decât bombele atomice, care despart nucleele atomice pentru explozii nucleare.
Cele mai mici explozii nucleare sunt „fizzles”, precum testul Coreei de Nord din 9 octombrie 2006, care a avut un randament de aproximativ o kilotonă de TNT, și testele timpurii ale micilor arme nucleare tactice, cum ar fi în Operațiunea Plumbbob din 1957 în Statele Unite. Unele dintre exploziile nucleare din Operațiunea Plumbbob au fost foarte mici, cum ar fi Pascal-A, prima explozie nucleară subterană din lume, care a avut un randament de doar 55 de tone (randamentul său a fost oficial catalogat drept „ușor”, deși randamentul tuturor celorlalte testul din Operațiunea Plumbbob a fost făcut public).
Pascal-B, un alt test, a avut un randament de aproximativ 500 de tone. Loviturile cu balon Lassen și Wheeler au avut randamente sub jumătate de kilotonă. O împușcătură de suprafață, Franklin, a scăpat, producând un randament de aproximativ 140 de tone, în timp ce Coulomb-A, un test de siguranță, a avut un presupus randament de zero. Nu se știe cât de mică ar fi cea mai mică explozie nucleară posibilă teoretic, dar 55 de tone este cea mai mică dintre care există un record și se poate apropia de limita inferioară.
Exploziile nucleare cu randamente de câteva zeci de tone sunt considerate extrem de mici, dar totuși mai mari decât aproape toate exploziile de arme convenționale. Atentatul din Oklahoma City, care a distrus clădirea federală Alfred P. Murrah, a avut un randament de numai două tone de TNT, ucigând 168 și rănind peste 800. Cea mai mare bombă convențională confirmată, GBU-43/B Massive Ordnance Air Blast, a un randament echivalent cu aproximativ 11 tone de TNT, cu o rază de explozie de 450 ft (137 m). Se spune că unda sa de șoc este suficientă pentru a distruge nouă blocuri.
Dacă Pascal-A este una dintre cele mai mici explozii nucleare din toate timpurile, cu un randament de 55 de tone, atunci cea mai mare explozie nucleară, un test sovietic numit Tsar Bomba, a fost de aproximativ un milion de ori mai mare, cu un randament de 50 de megatone. Prin comparație, bomba de la Hiroshima, Little Boy, a avut un randament de doar aproximativ 14 kilotone, dar a distrus în esență un întreg oraș. O armă nucleară „tipică” din arsenalele Statelor Unite și Rusiei în zilele noastre este de aproximativ câteva megatone. Tsar Bomba a fost atât de mare încât randamentul său a fost aproximativ echivalent cu de zece ori mai mult decât explozibilii folosiți în al Doilea Război Mondial la un loc. Ar fi putut provoca arsuri de gradul trei la o distanță de 58 km (36 mi). Raza mingii de foc a fost de aproximativ 2.5 km (1.5 mi) și a durat 26 de secunde. Această armă nucleară era atât de puternică, încât năucește mintea.