Základem pro výrobu jaderné bomby je dostatečné množství štěpného materiálu uranu 235U a plutonia 239Pu, a to pokud možno v čisté formě. Každá příměs reakci (a tím i její účinnost) zpomalí a vede ke ztrátě neutronů. Obohacovacím procesem lze při špičkové technologii dosáhnout stupně obohacení uranu až nad 93 %. Plutonium 239 se v přírodě nevyskytuje, lze ho připravit jen v jaderném reaktoru.
Samovolná jaderná reakce vznikne v tzv. kritické hmotnosti materiálu. Má-li látka menší objem než kritický, uniká příliš mnoho neutronů z látky ven ještě dřív, než rozštěpí jádra uranu, a řetězová reakce nenastane. Jakmile vytvoříme objem větší než kritický, nastane řetězová reakce, protože vzniklé neutrony rozbíjejí stále větší počet jader. Tato řetězová reakce dokonce vznikne samovolně, jakme se vytvoří nadkritické množství uranu (plutonia).
U jaderných zbraní se nepoužívá moderátor (zpomaloval by štěpnou reakci), a tak štěpení probíhá s neutrony, které mají prakticky stejnou energii, s jakou se při štěpení uvolňují. Kritické množství plutonia 239 je méně než 10 kg (uvádí se nejnižší hodnoty 4,5 kg), vysoce obohaceného uranu 235 je to víc než 10 kg (uvádí se hodnoty od 12,5 kg do 40 kg, hodnoty jsou podle stupně obohacení a čistoty). V jaderných bombách se používají normální výbušniny k přiblížení několika kusů (většinou šesti) štěpného materiálu k sobě, přičemž každý z těchto kusů má menší než kritickou hmotnost. Celková hmotnost je větší než kritická hmotnost. Další částí jaderné bomby je zdroj neutronů. Nedílnou součástí bomby je pevný obal, který zabrání tomu, aby se připravená soustava nerozletěla.
Schéma implozivní plutoniové bomby.
Zdroj: commons.wikimedia.org. Public domain.
V okamžiku exploze se uvolní velké množství gama záření, které prudce ohřeje okolní vzduch. Kolem místa výbuchu vznikne extrémně horká bublina, která roztaví a vypaří většinu známých materiálů. Gama záření v nejbližším okolí rozrušuje struktury živé tkáně a poškozuje tak všechny organismy. Kolem ohnivé koule o teplotě několika tisíc stupňů Celsia se šíří velmi intenzivní záření v ultrafialovém, viditelném a infračerveném oboru spektra, které může zapálit nejrůznější hořlavé předměty a oslepit živé organismy na vzdálenost až několika desítek kilometrů. V případě výbuchu na zemském povrchu nebo pod vodní hladinou se od místa exploze šíří zemětřesné vlny, které ničí povrchové stavby. Hlavní příčinou rozsáhlé destrukce je rázová vlna. Díky prudkému zahřátí vzduchu se od místa exploze šíří rychlostí zvuku rázová vlna, pod jejímž náporem se hroutí většina budov a dalších struktur. Elektromagnetický puls se projevuje především při explozích ve vyšších vrstvách atmosféry, kdy se poškodí nebo zcela vyřadí z provozu nejrůznější elektronické přístroje. Postižená oblast je v tomto případě velmi rozsáhlá. Při nukleárním výbuchu dochází k dočasnému přerušení či zkomplikování rádiového vysílání a také radarových systémů. Nabité částice, které se uvolní během exploze mohou být zachyceny magnetickým polem Země a ovlivní tak chod umělých družic. Během exploze vzniká řada radioaktivních prvků, které se pak snášejí na zemský povrch. Výsledkem je kontaminace nejrůznějších zemědělských produktů, které se tak dostávají do potravního řetězce. Dlouhodobé poškozování živých organismů může vést k předčasnému úmrtí. Exploze nukleární zbraně může vést k rozsáhlému poškození ozonové vrstvy, stejně jako dočasné změně trasy atmosférických proudů. V případě výbuchu řady nukleárních zbraní (stovky, tisíce) se do zemské atmosféry dostane tolik prachu, že dočasně zastíní sluneční záření. Výsledkem je dočasné ochlazení, které může vést až k celkové likvidaci živých organismů.
