Το περιστατικό με βόμβα υδρογόνου Palomares είναι ένα στρατιωτικό ατύχημα που συνέβη στις 17 Ιανουαρίου 1966. Ένα βομβαρδιστικό αεροσκάφος των Ηνωμένων Πολιτειών συγκρούστηκε με ένα αεροσκάφος δεξαμενόπλοιο κατά τη διάρκεια ανεφοδιασμού περίπου 6 μιλίων (10 χλμ.) πάνω από τη Μεσόγειο Θάλασσα, λίγο έξω από τις ακτές της Ισπανίας. Αυτό πυροδότησε το διαμέρισμα καυσίμων του δεξαμενόπλοιου, προκαλώντας έκρηξη, σκοτώνοντας και τα τέσσερα μέλη του πληρώματος που επέβαιναν. Ο βομβιστής διαλύθηκε επίσης, σκοτώνοντας τρία μέλη του πληρώματος. Τέσσερα μέλη του πληρώματος επέζησαν και έπεσαν με αλεξίπτωτο σε ασφαλές σημείο. Η έκρηξη ήταν τόσο μεγάλη που έγινε μάρτυρας του πληρώματος ενός άλλου βομβαρδιστή πάνω από ένα μίλι μακριά.
Το περιστατικό έγινε γνωστό ως περιστατικό με βόμβα υδρογόνου Palomares, επειδή ο βομβαρδιστής μετέφερε τέσσερις βόμβες υδρογόνου, οι οποίες έπεσαν όλες κοντά στο ψαροχώρι Παλομάρες. Τα συμβατικά εκρηκτικά σε δύο από τις βόμβες πυροδοτήθηκαν, μολύνοντας δύο τετραγωνικά χιλιόμετρα ισπανικού εδάφους με ραδιενεργό πλουτώνιο. Μια άλλη βόμβα έπεσε στο έδαφος χωρίς επεισόδια, και η τελευταία βόμβα έπεσε στη Μεσόγειο θάλασσα, προκαλώντας αναζήτηση 2 1/2 μηνών. Προφανώς, ο στρατός των Ηνωμένων Πολιτειών δεν ήθελε η βόμβα υδρογόνου να πέσει σε λάθος χέρια.
Το περιστατικό με τη βόμβα υδρογόνου Palomares προφανώς έγινε διεθνής φασαρία αμέσως μετά το συνέβη και η κυβέρνηση των Ηνωμένων Πολιτειών εργάστηκε για να καθαρίσει την περιοχή από μολυσμένο έδαφος, σκάβοντας 1,750 τόνους χώματος και απορρίπτοντας το στο εργοστάσιο του ποταμού Savannah στη Νότια Καρολίνα. Για να δείξουν στους ντόπιους Ισπανούς και στη διεθνή κοινότητα ότι η περιοχή ήταν απαλλαγμένη από μόλυνση, ο Ισπανός υπουργός Τουρισμού Manuel Fraga και ο πρέσβης των ΗΠΑ Angier Biddle Duke κολύμπησαν στην παραλία των Palomares, μπροστά στα διεθνή μέσα ενημέρωσης.
Αλλά για να τεθεί ένα τέλος στο περιστατικό με την βόμβα υδρογόνου Palomares απαιτούσε την εύρεση της τελευταίας βόμβας υδρογόνου, κάτι που δεν ήταν τόσο εύκολο. Χρησιμοποιώντας τα αρχικά δεδομένα που παρείχε ο Francisco Simó Orts, ένας ντόπιος ψαράς που είδε τη βόμβα να μπαίνει στο νερό, χρησιμοποιήθηκε μια μαθηματική τεχνική που ονομάζεται Bayesian search για την αναζήτηση της βόμβας στον πυθμένα της θάλασσας. Για την έρευνα της περιοχής χρησιμοποιήθηκε το διάσημο ωκεανογραφικό σκάφος βαθέων υδάτων Alvin. Μετά από 2 1/2 μήνες συνεχούς αναζήτησης, η βόμβα ανασύρθηκε και επαναφέρθηκε στην επιφάνεια. Στη συνέχεια δόθηκε στη δημοσιότητα μια φωτογραφία στρατιωτικών αξιωματούχων μπροστά από την ανακαλυφθείσα βόμβα, την πρώτη φορά που ένα πυρηνικό όπλο εμφανίστηκε σε πλήρη θέα του κοινού.
Το περιστατικό με βόμβα υδρογόνου Palomares μένει πλέον στην ιστορία ως ένα από τα σημαντικότερα ανώμαλα περιστατικά που αφορούν πυρηνικά όπλα. Ένα άλλο είναι το περιστατικό Vela, όταν μια πυρηνική έκρηξη άγνωστης προέλευσης κοντά στο νησί Bouvet του Νότιου Ατλαντικού.