Vũ khí hạt nhân (tiếng Anh: nuclear weapon), còn gọi là vũ khí nguyên tử, là loại vũ khí hủy diệt hàng loạt mà năng lượng của nó do các phản ứng phân hạch hạt nhân hoặc/và phản ứng hợp hạch gây ra. 1 vũ khí hạt nhân nhỏ nhất cũng có sức công phá lớn hơn bất kỳ vũ khí quy ước nào. Vũ khí có sức công phá tương đương với 10 triệu tấn thuốc nổ có thể phá hủy hoàn toàn 1 thành phố. Nếu sức công phá là 100 triệu tấn (mặc dù hiện nay chưa thể thực hiện được) thì có thể phá hủy 1 vùng với bán kính 100 - 160 km. Cho đến nay, mới chỉ có 2 quả bom hạt nhân được dùng trong Chiến tranh thế giới thứ hai: quả bom thứ nhất được ném xuống Hiroshima (Nhật Bản) vào ngày 6/8/1945 có tên là Little Boy và được làm từ urani; quả sau có tên là Fat Man được làm từ plutonium và được ném xuống Nagasaki, cũng ở Nhật Bản 3 ngày sau đó, được làm từ plutoni và thêm quả bom thứ 3 được thử nghiệm ở Nga có tên là T-Sar Bomba với sức công phá lớn khiến cho 1 hải đảo ở phía Bắc của Nga bị hủy diệt hoàn toàn.