原子彈又稱裂變彈，是利用高濃鈾-235（豐度大於90％）或鈈等易裂變重核的裂變反應在瞬間釋放出巨大核能產生爆炸作用並有大規模殺傷破壞效應的武器，它是核武器中最基本的一個品種。有兩種方法將平時處於次臨界狀態的裂變燃料在瞬間達到超臨界狀態。槍法，是將兩塊分散放置且均低於臨界質量的裂變燃料，在化學炸藥爆炸的高壓力推動下迅速拚合為一體而達超臨界狀態。美國於1945年8月6日投到廣島的原子彈（代號“小男孩”）就是一顆總量約50千克濃縮鈾-235（豐度高於90％）的槍法鈾彈。該彈重4.1噸（1噸=103千克，下同），爆炸威力不足2萬噸TNT當量。槍法中核裂變燃料的利用效率（燃耗）很低（約2％），故此法不常用，而多用內爆法。內爆法是用球殼形的化學炸藥爆炸產生的內聚衝擊波和高壓力，將球殼內原處於鬆散的、次臨界狀態的裂變燃料迅速壓縮，急劇提升其密度，使之達到超臨界狀態。此法所需核裂變燃料少，且燃耗較高。美國1945年8月9日投到長崎的原子彈（代號“胖子”）就是這種類型的鈈彈，重4.5噸，威力約2萬噸TNT當量，即在爆炸時裂變了約1000克鈈。
濃縮鈾-235是從鈾-238占絕大部分的天然鈾中分離出來的，由於它們的性質極為相似，所以無論是電磁法，氣體擴散法，離心法，激光法，或是化學交換法，分離過程都是極為複雜的，是核工業發展中經久不衰的研究課題。鈈在核反應堆中由鈾-238生成後，要經過核化工廠的“後處理”從“乏燃料”中提取出來，這種強放射性物料的化工提取過程也是高技術密集型的生產工藝。