La bomba atomica sfrutta un fenomeno fisico chiamato della fissione nucleare: il nucleo di certi atomi pesanti, autonomamente o perchè bombardato da un neutrone si spacca in due, liberando un certo numero di neutroni. Questi neutroni possono produrre nuove fissioni in altri nuclei innescando una reazione a catena e liberando grandi quantità di energia. L'energia liberata è proporzionale alla differenza di massa, secondo la relazione  scoperta da Einstein E=mc2.
I materiali usati per produrre esplosioni nucleari per fissione sono alcuni isotopi degli elementi plutonio e uranio. In particolare l'uranio-235 è il tipo   facilmente fissionabile che si usa comunemente in ordigni nucleari.
Quando una bomba nucleare esplode, l'energia si libera in 3 principali forme:

• circa la metà si libera sotto forma di energia meccanica

• un terzo sotto forma di energia termica,

• il rimanente sotto forma di radiazioni ionizzanti.

L'energia meccanica si propaga dal punto dell'esplosione come un'onda trasportata dall'aria; entro una certa zona tutto intorno al luogo dell'esplosione qualunque costruzione rasa al suolo. La distanza entro cui la distruzione completa dipende dalla potenza della bomba ma anche dalla quota a cui viene fatta esplodere. L'onda d'urto è accompagnata da un fortissimo vento che completa l'opera di distruzione. L'altro effetto immediato dell'esplosione è quello termico, provocato dalle altissime temperature che si generano nella zona dell'esplosione, che sono  paragonabili a quelle presenti all'interno del sole. Tutto ciò che è incendiabile nel giro di una decina di chilometri, prende fuoco.
Circa un sesto dell'energia liberata nell'esplosione viene emessa sotto forma di "radiazione ionizzante", cioè di particelle a, b, o raggi g.  Queste particelle provocano sugli esseri viventi effetti ritardati che possono manifestarsi anche dopo decenni dall'esplosione. L'esposizione a irragimento modifica la struttura delle cellule degli esseri viventi procurando danni la cui gravità dipende dall'intensità della radiazione stessa. Anche quando un soggetto irraggiato non muore nella fase acuta della malattia, nè viene ucciso da una qualsiasi malattia cui il fisico indebolito non sa reagire, egli porta con sè un segno nascosto non meno terribile: l'alterazione del patrimonio genetico, la mutazione genetica o cromosomica, l'alterazione del patrimonio ereditario.

La prima bomba atomica viene fatta esplodere il 16 luglio 1945 nel deserto del Nuovo Messico, ad Alamogrado. Verso la fine della seconda guerra mondiale, il 6 Agosto del 1945 viene lanciata la bomba atomica sulla città giapponese di Hiroshima . L'esplosione rase al suolo circa il 60% della città (oltre 10 km2) l'ordigno causò 129.558 tra morti, feriti e dispersi, e 176.987 senzatetto (nel 1940 a Hiroshima risiedevano 343.698 persone).
Il 9 agosto 1945, tre giorni dopo la distruzione di Hiroshima, un aeroplano dell'aviazione statunitense sganciò una bomba atomica sulla città, distruggendo un terzo dell'abitato e provocando circa 66.000 vittime tra morti e feriti.