核武器是利用能自持进行的原子核裂变或聚变反应瞬时释放的巨大能量，产生爆炸作用，并具有大规模毁伤破坏效应的武器。主要包括裂变武器（第一代核武器，通常称为原子弹）和聚变武器（亦称为氢弹，分为两级及三级式）。核武器也叫核子武器或原子武器。从广义上说核武器是指包括投掷或发射系统在内的具有作战能力的核武器系统。核武器通常指狭义的核武器，广义的核武器通常指由核弹、投掷/发射系统和指挥控制、通信和作战支持系统等组成的、具有作战能力的核武器系统。核武器包括氢弹、原子弹、中子弹、三相弹、反物质弹等在内的与核反应有关的巨大杀伤性武器。

核武器爆炸时释放的能量，比只装化学炸药的常规武器要大得多。例如，1千克铀全部裂变释放的能量约8×10^13焦耳，比1千克TNT炸药爆炸释放的能量4.19×10^6焦耳约大2000万倍。

核武器爆炸，不仅释放的能量巨大，而且核反应过程非常迅速，微秒级的时间内即可完成。因此，在核武器爆炸周围不大的范围内形成极高的温度，加热并压缩周围空气使之急速膨胀，产生高压冲击波。地面和空中核爆炸，还会在周围空气中形成火球，发出很强的光辐射。核反应还产生各种射线和放射性物质碎片；向外辐射的强脉冲射线与周围物质相互作用，造成电流的增长和消失过程，其结果又产生电磁脉冲。这些不同于化学炸药爆炸的特征，使核武器具备特有的强冲击波、光辐射、早期核辐射、放射性沾染和核电磁脉冲等杀伤破坏作用。核武器的出现，对现代战争的战略战术产生了重大影响。就正如1945年在日本长崎投下的核武器，引起高达18公里的蘑菇云。它是通过核分裂核武透过核分裂释放能量。重核子如铀或鈈在中子冲击下发生核分裂反应，分裂成为较轻的核子，同时释放更多的中子，造成连锁反应。传统上核分裂核武称为原子弹。

大部分的核分裂核武是使用化学炸药，把在临界质量以下的铀-235或鈈挤压成超越临界质量的一块，然后在中子照射下产生不受控的连锁反应，释放大量能量。起爆的方式可分为枪式和内爆式。美国第一枚投掷在日本广岛的核武小男孩即为枪式起爆的铀弹。第二枚投掷在长崎的胖子为内爆式起爆的钚弹。

一磅的铀-235分裂时可放出大约三千七百亿焦耳的能量，约为82太焦耳/公斤(TJ/kg)。一般的连锁反应只维持一微秒(μs)，功率约为82艾瓦/公斤(EW/kg)，或每原子200兆电子伏/秒。

人类曾两次在战争中使用核武器，第二次世界大战后期美国在日本的广岛市和长崎市投下两枚原子弹，原子弹的威力使这两个城市灰飞烟灭，30万人死于原子弹爆炸，不过这也导致了日本天皇及法西斯军国主义的投降。