Atomska bomba djeluje tako što pokreće nuklearnu lančanu reakciju, koja oslobađa ogromnu količinu energije u odnosu na konvencionalne eksplozive. Po jedinici volumena, atomska bomba može biti milijune ili milijarde puta snažnija od TNT-a. Prva atomska eksplozija dogodila se 16. srpnja 1945. na poligonu Alamogordo u Novom Meksiku, tijekom testa nazvanog Trinity. Razvijen je tijekom strogo povjerljivog projekta Manhattan, koji je režirao general Leslie R. Groves iz američke vojske.
Nuklearne reakcije nastaju kada se neutroni ispaljuju na blisko zbijene atome s teškim jezgrama (izotopi urana ili plutonija). Ove teške jezgre se raspadaju na lakše jezgre kada ih pogodi neutron, zauzvrat stvarajući više neutrona koji bombardiraju druge jezgre, stvarajući lančanu reakciju. Ovaj proces je poznat kao fisija. (Drugi proces poznat kao fuzija oslobađa energiju spajanjem jezgri, umjesto da ih razdvaja.) Razbijanjem samih jezgri umjesto oslobađanjem energije putem konvencionalne kemijske reakcije, atomske bombe mogu osloboditi više od 80 teradžula energije po kilogramu (TJ/ kg).
U najranijim bombama, lančana reakcija je bila pokrenuta jednostavnim ispaljivanjem dvije polukuglice uranovog izotopa visoke čistoće jedna u drugu u maloj komori. U ažuriranim dizajnima, jezgra bombe od urana ili plutonija okružena je visokoeksplozivnim lećama dizajniranim da komprimiraju jezgru nakon detonacije. Komprimirana jezgra postaje kritična, pokrećući lančanu reakciju koja traje sve dok se mnoge teške jezgre ne razbiju.
Atomska bomba i njezina rođakinja vodikova bomba vjerojatno su najmoćnije oružje na svijetu od svog stvaranja prije mnogo desetljeća. Velike bombe mogu uništiti čitave gradove. Tisuće atomskih bombi su detonirane, iako su samo dvije korištene u ratu – obje su koristile SAD protiv Japana tijekom Drugog svjetskog rata. Postoji sedam zemalja koje otvoreno izjavljuju da posjeduju nuklearno oružje; Sjedinjene Američke Države, Rusija, Ujedinjeno Kraljevstvo, Francuska, Narodna Republika Kina, Indija i Pakistan. Svijet trenutno posjeduje dovoljno nuklearnih sposobnosti da ljudska rasa višestruko izumre.