WC-135W由波音公司从WC-135B改造而来。该机采用了波音公司C-135的机体。是美国唯一一个用于空中收集核武器爆炸后的碎屑、漂尘等的武器平台，其收集的东西将用于识别和鉴定他国进行核武器试验的证据。
WC-135W装备了能够收集大气中放射性微粒子的特殊过滤器和采样器。非常精密，可以采集到空气中微量的放射性气体和碎屑。
但是，美军只装备了一架WC-135W，由空军技术应用中心控制，并由驻扎于内不拉斯加奥福特空军基地的第45空中侦察连队负责具体执行任务。
在实战中，WC-135W被派往前苏联地区收集放射性气体和尘埃，将其用于1963年《禁止核武器试验条约》的证据。1986年还用于监视苏联切尔诺贝利事件中核反应堆融化后的放射性碎屑。20世纪90年代后还用于监视中国的核武器试验。在印巴核试验以后还被派往南亚用于确定两国核武器当量。
随着朝核问题愈炒愈热，美国情报部门对朝鲜的侦察力度更是日益加强，2002年10月WC-135W被从本土派往日本冲绳群岛美军嘉手那基地用于确定朝鲜是否进行了核武器试验。
2004年8月在朝鲜上空检验出“氪85”放射性气体。由于该气体是一种自然状态下不存在的放射性同位素，因而美军断定它是在切断废旧核燃料棒后提取钚的过程中排放到大气中的！
