Các tác động chủ yếu của vũ khí hạt nhân (vụ nổ và bức xạ nhiệt) là cơ chế sát thương vật lý giống như chất nổ thông thường, nhưng năng lượng do một vụ nổ hạt nhân tạo ra nhiều hơn hàng triệu lần mỗi gam và nhiệt độ đạt được là hàng chục megakelvin. Vũ khí hạt nhân khác đáng kể so với vũ khí thông thường bởi lượng năng lượng nổ khổng lồ mà chúng có thể tạo ra và các loại hiệu ứng khác nhau mà chúng tạo ra, như nhiệt độ cao và bức xạ hạt nhân.

Tác động tàn khốc của vụ nổ không dừng lại sau vụ nổ ban đầu, như với các loại thuốc nổ thông thường. Một đám mây bức xạ hạt nhân đi từ tâm vụ nổ, gây ra tác động đến các dạng sống ngay cả sau khi các đợt sóng nhiệt chấm dứt.

Bất kỳ vụ nổ hạt nhân nào (hoặc chiến tranh hạt nhân) sẽ có những tác động thảm khốc trên diện rộng, lâu dài. Ô nhiễm phóng xạ sẽ gây ra đột biến gen và ung thư qua nhiều thế hệ.[5]