头部主要装有解保和引信系统、相关的电子设备，以及碰撞减震机构等；中体安装核爆炸装置；后体装有电源、
点火装置、备用引信、起爆机构等电子设备；尾段是后体的延伸部分，外面装有不同形状的稳定尾翼，内部装有各种类型的减速机构或应急释放的降落伞及开伞设备等。
核炸弹可由轰炸机和战斗机等携带和投放，威力一般在几千至几百万吨梯恩梯当量之间。核炸弹可以根据不同的目标，选择不同的投放和爆炸方式，使其形成空中核爆炸、地面核爆炸和地表下爆炸。
美、苏、英、法等国在原子弹试验成功后，首先发展的均是核炸弹。中国于1965年5月14日成功地爆炸了第一颗核炸弹。20世纪70～80年代，美、苏两国在核炸弹的小型化、安全性和高速超低空投放能力等方面做了很大改进，同时发展先进的隐身轰炸机，进一步增强轰炸机的核打击能力。
90年代末，随着飞机携带先进、远程、空中发射的核
巡航导弹的增加，核炸弹的部署数量逐步减少。英国于1998年宣布撤销其核炸弹的部署，美国部署的核武器中只保留了B61-7、B61-11、B833种核炸弹。为有效摧毁深埋的地下坚固军事目标，美国在现有的B61-11核钻地弹基础上，正在研发钻地更深的核炸弹。