원자핵 분열에 의해 발생하는 거대한 에너지를 이용한 폭탄. 우라늄 폭탄과 플루토늄 폭탄이 있다.

원자 폭탄은 우라늄 235나 플루토늄 239를 용기 속에 넣고, 별도의 화약을 폭발시켜 그 힘으로 연쇄 반응을 일으키도록 한 것이다. 이 때 발생되는 폭풍(전체 에너지량의 50% 정도), 열(35% 정도), 방사능(15% 정도)에 의해 살상 및 파괴 효과를 나타낸다.

폭발은 100만분의 1초 내에 일어나며, 이와 같이 짧은 순간에 막대한 에너지가 방출되므로 수백만 도 이상의 고온이 발생한다. 이 때 가열된 공기는 폭풍을 일으키고, 또한 고열의 열복사선을 방출하여 화재 및 화상을 입게 한다.

한편 ‘죽음의 재’라고 하는 방사능 강하물을 내리게 하여 광범위한 방사능 오염 지대를 형성한다.

인류 최초의 원자 폭탄은 1945년 7월에 미국에서 제조되어 실험에 성공했으며, 같은 해 8월에 일본 히로시마와 나가사키에 투하되어 제2차 세계 대전을 앞당겨 끝내게 하였다.

이 2개의 폭탄에 의하여 일본은 일시에 사망 9만 명, 부상 18만 명, 가옥 파괴 11만 7,000호, 이재민 20만 명이라는 엄청난 피해를 보았다.