含有易裂变核素或可聚变核素，在瞬间集中释放大量能量而发生爆炸的物质。制造核炸药的主要核素有铀235、钚239、氘、氚等(见铀、钚)。它们用作能源工业所需的核燃料时，必须可控制地在反应堆中稳定、均匀地释放能量；而用作核炸药时，则必须在极短瞬间（微秒量级以下）集中释放能量，才能实现核爆炸。

①在化学爆炸作用下, 迅速使处于次临界质量状态的易裂变核素(即铀235或钚239)转入超临界质量状态。这一过程可以通过两种不同方法完成，即枪法──将分开时次于临界质量，合拢后超过临界质量的两块铀235或钚239分开置于核炸药体系中，利用化学爆炸使两块核炸药迅速合拢，呈超临界状态；内爆法──一块次于临界质量的铀235或钚239球体，在化学炸药的向心定向爆炸压缩下,密度提高,单位质量的表面积减小，中子泄漏率随之减小，也可导致核炸药呈超临界状态。

②核炸药呈超临界状态时，系统中的中子源适时放出中子，点火后便可引起裂变链式反应，产生核爆炸。

③核爆炸发生后，核炸药系统迅速膨胀，单位质量的表面积迅速增大，中子泄漏率随之增加，核炸药转入次临界状态，核爆炸终止。

用于裂变爆炸的核炸药是浓缩度大于 93％的铀235或同位素丰度大于95％的钚239。

①铀235或钚 239核炸药发生裂变爆炸，产生约10K的高温。

②所产生的高温引起氘、氚核炸药发生聚变反应，聚变反应产生的热量使温度继续升高，加速反应持续进行；由于这一过程是在高温下进行的，又称热核爆炸。

③发生热核爆炸后，核炸药系统膨胀、飞散，温度不断下降，不能再继续维持聚变反应，热核爆炸终止。

锂6能与核爆炸产生的中子发生核反应：Li+n─→T+He而生成核炸药氚，氚与氘再发生热核爆炸。

每个原子核裂变所释放的总能量平均为 200兆电子伏。1000吨TNT（三硝基甲苯）化学炸药可以释放出10卡热能，相当于56克易裂变核素全部裂变所放出的能量。也就是 1千克铀235或钚239全部裂变所放出的裂变能相当于2万吨TNT炸药所释放的能量。类似的估算可得出:氘核聚合时，所产生的聚变能约为相同重量铀或钚裂变所产生的裂变能的三倍；1千克氘氚混合物全部聚变,将释放出约5.8万吨TNT当量的能量。

核炸药爆炸的爆炸力比化学炸药大得多。它有相当大一部分能量（在大气中爆炸时约占总能量的1／3）以光和热的形式放出（称为热辐射）；还放出高度穿透性的中子和γ辐射；爆炸后的残留物具有放射性，可产生延迟的远期效果。