Deși nu există definiții oficiale ale diferitelor generații de arme nucleare, istoricii și analiștii de control al armelor recunosc adesea patru categorii generale, fiecare dintre acestea reprezentând un progres tehnologic substanțial față de ultima. Națiunile care dezvoltă arme nucleare tind să dezvolte fiecare etapă pe rând și rareori săriască etapele, cu excepția ocazională a primei. Aceste etape sunt 1) bombe de fisiune de tip tun, 2) bombe de fisiune de tip implozie, 3) bombe de fuziune și 4) arme nucleare livrate de MIRV (vehicul de reintrare cu țintite multiple). Rețineți că nu există un principiu de organizare unificat pentru această schemă; distincția dintre primul și al doilea se bazează pe metoda de detonare, al doilea și al treilea după tipul de bombă, iar al treilea și al patrulea după sistemul de livrare utilizat.
Armele nucleare de prima generație au fost dezvoltate inițial în Statele Unite în 1939-1945 sub auspiciile proiectului Manhattan extrem de secret. Construcția de tip pistol a bombei înseamnă că principiul său de funcționare este o bucată de uraniu îmbogățit lansată spre alta ca un tun. Când cele două unități de uraniu se combină, ele ating masa critică și inițiază o reacție nucleară în lanț. Rezultatul este o explozie nucleară, ca cele care au ucis 140,000 de oameni în timpul bombardamentului atomic de la Hiroshima în timpul celui de-al Doilea Război Mondial.
Armele nucleare de tip implozie îmbunătățesc eficiența armelor de tip pistol, înconjurând uraniul cu o sferă de lentile explozive, concepute pentru a le direcționa energia spre interior și a compacta uraniul. Rezultatul este că mai mult uraniu este consumat în reacția în lanț, în loc să fie explodat fără fisiune, rezultând un randament mai mare. Armele nucleare de tip implozie au fost dezvoltate de Statele Unite doar puțin după primele arme nucleare de tip pistol. Bomba nucleară care a fost aruncată asupra Nagasaki la doar trei zile după bombardamentul de la Hiroshima s-a bazat pe un design de tip implozie, care i-a permis să fie mai compact și mai ușor.
În ciuda îmbunătățirilor progresive ale armelor de fisiune, cum ar fi utilizarea unei mici reacții de fuziune pentru a crește randamentul, următorul pas mare în direcția distrugerii armelor nucleare este realizat de bomba de fuziune sau bomba de hidrogen. În loc să fisiune (spart) nucleele de uraniu sau plutoniu, bomba de fuziune fuzionează elementele ușoare (hidrogen) și eliberează excesul de energie din explozie. Acesta este același proces care alimentează Soarele. Majoritatea armelor nucleare moderne sunt de tip fuziune, deoarece randamentele obținute sunt mult mai mari decât cele mai bune arme cu fisiune.
După ce au fost construite numeroase bombe de fuziune, nu au mai rămas pași care ar putea fi făcuți pentru a crește randamentul acestor arme, așa că accentul s-a mutat pe dezvoltarea unor metode de livrare pe care un potențial inamic nu le-ar putea contracara. Acest lucru a condus la dezvoltarea livrării MIRV, prin care o rachetă balistică cu vârf nuclear este lansată din atmosferă, după care eliberează 6-8 vehicule de reintrare care pot fi vizate independent pentru a ploua asupra țintelor adiacente. Deoarece aceste vehicule de reintrare cu vârf nuclear se deplasează la viteze extreme, în jurul lui Mach 23, blocarea sau devierea lor este în esență imposibilă cu tehnologiile actuale.