Vào lúc đang thương thảo về hiệp ước, NATO đã có thoả thuận theo đó Hoa Kỳ cung cấp vũ khí hạt nhân để các quốc gia thành viên của NATO phát triển và tồn trữ chúng. Điều này xem ra đang vi phạm Điều I và II của hiệp ước. Các quốc gia NATO lập luận rằng Hoa Kỳ đang kiểm soát kho vũ khí và không hề có sự chuyển giao vũ khí hoặc quyền kiểm soát cho họ "trừ khi và cho đến khi xảy ra chiến tranh, mà khi ấy thì hiệp ước không còn có giá trị nữa". Tóm lại, không có sự vi phạm hiệp ước ở đây. Mặc dù thoả thuận giữa các nước thuộc NATO được tiết lộ cho một vài quốc gia, kể cả Liên Xô, khi đang thương thảo về hiệp ước, hầu hết các nước ký vào năm 1968 không biết gì về thoả thuận này cùng cung cách giải thích vào thời điểm ấy.

Đến năm 2005, Hoa Kỳ cung cấp khoảng 180 quả bom hạt nhân chiến thuật B61 cho Bỉ, Đức, Ý, Hà Lan và Thổ Nhĩ Kỳ chiếu theo thoả thuận này của NATO. Nhiều quốc gia, cùng với Phong trào không liên kết, cho rằng điều này vi phạm Điều I và II của hiệp ước, và đang gia tăng áp lực nhằm chấm dứt thoả thuận này. Họ chỉ ra rằng phi công và nhân viên của các quốc gia NATO "phi hạt nhân" đang thực hành điều khiển và chuyển giao bom hạt nhân của Hoa Kỳ, và máy bay chiến đấu không phải của Hoa Kỳ cũng được chỉnh sửa để chuyển vận bom hạt nhân Mỹ, tức là đã có chuyển giao một số thông tin kỹ thuật vũ khí hạt nhân.

Ngay cả trong trường hợp thoả thuận của NATO là hợp pháp thì trong thời bình những động thái như thế là mâu thuẫn với tinh thần và mục tiêu của Hiệp ước. NATO tin rằng "lực lượng hạt nhân của NATO sẽ tiếp tục giữ vai trò quan trọng trong nỗ lực ngăn chặn chiến tranh, nhưng vai trò hiện nay của lực lượng này đang phục vụ những mục tiêu chính trị".