原子弹又称裂变弹，是利用高浓铀-235（丰度大于90％）或钚等易裂变重核的裂变反应在瞬间释放出巨大核能产生爆炸作用并有大规模杀伤破坏效应的武器，它是核武器中最基本的一个品种。有两种方法将平时处于次临界状态的裂变燃料在瞬间达到超临界状态。枪法，是将两块分散放置且均低于临界质量的裂变燃料，在化学炸药爆炸的高压力推动下迅速拼合为一体而达超临界状态。美国于1945年8月6日投到广岛的原子弹（代号“小男孩”）就是一颗总量约50千克浓缩铀-235（丰度高于90％）的枪法铀弹。该弹重4.1吨（1吨=103千克，下同），爆炸威力不足2万吨TNT当量。枪法中核裂变燃料的利用效率（燃耗）很低（约2％），故此法不常用，而多用内爆法。内爆法是用球壳形的化学炸药爆炸产生的内聚冲击波和高压力，将球壳内原处于松散的、次临界状态的裂变燃料迅速压缩，急剧提升其密度，使之达到超临界状态。此法所需核裂变燃料少，且燃耗较高。美国1945年8月9日投到长崎的原子弹（代号“胖子”）就是这种类型的钚弹，重4.5吨，威力约2万吨TNT当量，即在爆炸时裂变了约1000克钚。
浓缩铀-235是从铀-238占绝大部分的天然铀中分离出来的，由于它们的性质极为相似，所以无论是电磁法，气体扩散法，离心法，激光法，或是化学交换法，分离过程都是极为复杂的，是核工业发展中经久不衰的研究课题。钚在核反应堆中由铀-238生成后，要经过核化工厂的“后处理”从“乏燃料”中提取出来，这种强放射性物料的化工提取过程也是高技术密集型的生产工艺。
