核武器爆炸时，与普通炸药爆炸一样，也是由于能量的突然释放，引起温度、压力急剧上升，使武器内所有物质都化为炽热的高压气体，体积迅速膨胀导致在其周围的介质中激起一股称做“冲击波”的压力波，以超过声速若干倍的速度向四周传播。在核武器爆炸时，还有相当部分的能量以光和热的形式放出，称为“光辐射”或“热辐射”。核武器爆炸所独有的效应则是在爆炸当时和爆炸后，向四周发射出中子、γ射线、β射线，称之为“早期核辐射”;爆炸后残留的物质是带有放射性的，它们可在相当长的时间内发射出β、γ和α射线，称做“剩余核辐射”。概括地说，核武器爆炸的特点：一是威力远远大于一般炸药爆炸，二是有它所特有的早期核辐射和剩余核辐射;三是光辐射的能量大大高于一般炸药。

原子核裂变或聚变反应，是两种可以释放大量能量的原子核反应。某些重元素的原子核受到中子轰击时，可以发生裂变反应，即分裂成两种不同元素的原子核，放出2～3个中子和大约200MeV的能量。如1 kg铀的核全部裂变，它所释放的能量相当于2500t煤全部燃烧所发生的热量，或者约等于20，000t TNT炸药爆炸时所释放的能量。裂变时产生的中子可能被铀核所俘获，发生新的核裂变。这种过程如果不断地继续下去，就称为裂变的“链式反应”，并不是可以发生裂变反应的重元素就能够自发地产生链式反应，这些可裂变的材料必须在一定的密度、反射层和适当的几何条件下，并且超过临界质量时，才能够发生链式反应。原子核裂变后产生许多裂变碎片，叫做裂变产物。它们是不稳定的，还要放出射线最后变成稳定的核素。