核武器是一種利用核能的大規模殺傷破壞武器，真正被用於實戰的是在第二次世界大戰即將結束時，美國於1945年8月6日將代號為「小男孩」的鈾彈投在了日本廣島，1945年8月9日將一顆代號為「胖子」的鈈彈投在了日本長崎。兩顆核子彈轟炸直接殺傷的人數約17萬人，幾年後又因輻射症死亡了幾萬人。兩次核子彈爆炸給企圖頑抗的日本侵略者以毁滅性打擊，加速了日本軍國主義無條件投降。由於核武器能給敵國造成難以承受的毁傷，它一直是有核國家最為隱秘的核心機密，被看成是克敵制勝的法寶，捍衛國家的基石。冷戰時期，核武器對世界形勢的影響主要表現為兩個方面：一方面核武器的發展是世界面臨核戰爭的危險：另一方面在核力量相對平衡，特別是雙方都擁有第二次打擊核力量的兩極對峙中，美、蘇（俄）雙方都處於既擁有摧毁對方的能力，也面臨被對方摧毁的困境，有人把這種狀況生動地比喻為「困于瓶中的兩個蠍子，彼此都可以置對方于死地，但自身也性命難保」。這樣，核戰爭可能給雙方帶來的毁滅性後果，反過來起到了遏制核戰爭的作用。這就是常說的核武器的戰略威懾作用。
那麼，人類究竟是怎樣逐步發現核能，又把它研究成為大規模殺傷性武器的呢？19世紀末、20世紀初，物理學領域出現了一連串令人矚目的發現和研究成果：電子、X射線、釙、鐳和鈾的天然放射性、狹義相對論及質量與能量關聯公式、量子力學和原子模型等開創了原子理論發展的新階段。20世紀20年代，史無前例的創造熱情彌漫著整個物理學界並卓有成效：發現原子核、破解原子核正電荷的秘密、發現質子、實現人工核反應，一步步揭開了原子核的奧秘。20世紀30年代是核物理學的「黃金時代」。中子的發現導致了原子核由質子和中子組成假說的提出，翻開了核物理研究新的一頁。對原子核結合能的研究和鈾原子核在中子轟擊下裂變現象的發現，打開了人類探索新能源—核能的大門。核能也就是原子能，它比化學反應釋放的能量要大得多。以鈾—235核裂變反應為例，「燃燒」（裂變）一個原子核，能釋放約200兆電子伏的能量；而在煤、石油、天然氣等燃燒（氧化反應）的過程中，一個碳原子氧化產生一個二氧化碳分子，只能釋放大約4電子伏的能量。也就是說，一個鈾核裂變反應釋放的裂變能，是一個碳原子氧化反應所釋放化學能的5000萬倍，我們再來瞭解一下聚變反應。太陽光輝普照地球已40億年，卻只用了它自身的一小部分資源。太陽之所以坐吃而不山空，是因為它擁有宇宙中的能量寶庫—聚變核能。太陽的燃燒和自古使用的篝火燃燒完全不同。木頭燃燒的化學反應，只是各個原子之間的組合狀態起了變化，原子核沒變，而太陽燃燒的核聚變反應是原子核組成發生了某種變化。無論核裂變反應或核聚變反應，原子核都轉變為其他原子核。一般習慣上稱利用核能製成的武器為原子武器，但由於能量釋放實質上來白原子核的反應與轉變，所以稱之為核武器更為確切。
從1938年12月18日德國放射化學家奧托·哈恩、F．斯特拉斯曼和奧地利物理學家麗絲·邁特納發現鈾原子裂變，到1945年7月16日第一顆核子彈在美國試驗成功，前後只用了6年時間。
這在現代武器發展史上，其速度之快是名列前茅的。一方面是由於核物理學取得了一系列重大發現，奠定了科學技術基礎：另一方面，要歸因於第二次世界大戰迫使各國尋求殺傷威力更大的新武器。核子彈就是應運而生的產物。
核武器與一般常規武器的區別是：常規武器裝的是化學炸藥，如梯恩梯等，利用化學炸藥爆炸產生化學能，主要來自化合物的分解反應；而核武器裡面裝的是核裝料，如鈾—235、鈈—239、氘、氚等，利用原子核的裂變或聚變反應，瞬時釋放出核能。核能的軍事利用是武器發展史上新的里程碑。核武器具有一般常規武器無法比擬的殺傷破壞作用。一般炸彈最多裝兒百千克炸藥，主要依靠爆炸效應或碎片進行殺傷，空中爆炸時殺傷半徑只有幾十米到幾百米，而核武器威力可達從數百噸梯恩梯當量到數千萬噸梯恩梯當量。一枚中等威力的核武器殺傷半徑可達幾千米至幾十千米，而且還有常規武器所沒有的其他多種殺傷破壞效應，如具有持久殺傷作用的放射性沾染等。核武器它能以最少的兵力、兵器在短時間內造成敵方人力物力的巨大損失。如第二次世界大戰期間，美軍在德國和日本消耗掉的常規炸彈總計約200萬噸梯恩梯炸藥，只相當於美軍現在依然服役的B—52型轟炸機攜載的兩枚氫彈的爆炸威力。可見核武器毁傷作用之巨大，常規武器炸彈實難望其項背。
德國科學家最先注意到核裂變的軍事價值，納粹頭子希特勒也曾想利用其巨大的能量去製造武器，以求掌握戰爭的主動權。一些物理學家為了不使這種武器掌握在納粹手裡，並為贏得第二次世界大戰的勝利，在美國率先成功製造了威力巨大的核子彈。