القنبلة النووية تعتمد على تفاعلات نووية معقدة تبدأ بالحصول على مواد قابلة للانشطار مثل اليورانيوم عالي التخصيب أو البلوتونيوم والتي تنتج داخل منشآت صناعية متخصصة، ثم يتم ترتيب هذه المواد بطريقة دقيقة للوصول إلى ما يعرف بالكتلة الحرجة حيث تبدأ سلسلة تفاعلات انشطارية متسارعة خلال أجزاء من الثانية، فتتحلل نوى الذرات وتطلق نيوترونات وطاقة حرارية هائلة تؤدي إلى تضاعف التفاعل بشكل انفجاري، وفي الأسلحة الأكثر تطوراً يستخدم انفجار انشطاري أولي لإطلاق مرحلة اندماج نووي تنتج طاقة أكبر بكثير، وتتطلب هذه العمليات تقنيات هندسية وعلمية معقدة وتخضع لرقابة دولية نظراً لخطورتها الكبيرة.