Det minsta kärnvapen som var känt för allmänheten var W54, en 10.6 tum x 15.7 tum (27.3 x 40 cm) cylinder som bara vägde 51 lbs (23 kg). W54 användes i både Davy Crocketts rekylfria gevär (ett kärnvapenmortel för marktrupper) och Mk-54 SADM (Special Atomic Demolition Munition), en handlevererad kärnvapentidsbomb för att attackera fiendens hamnar. Prototypen för W54, som testades under Operation Hardtack 1954, var ännu mindre, bara 10.6″x11.8″ (27 x 30 cm), nära vad många kärnkraftsforskare tror är det teoretiskt minsta kärnvapnet. Davy Crockett hade en avkastning på 10-20 ton – avsiktligt låg för att vara säker för dem som avfyrade den – medan SADM hade en variabel avkastning mellan 10 ton och 1 kiloton.
För att skapa ett kärnvapen krävs en kritisk massa av ett klyvbart material och ett chassi för en avtryckare av pistoltyp eller explosiva linser. En kritisk massa av plutonium är cirka 10.5 kg (23 lb), 10.1 cm (4 tum) i diameter. Detta är inte tillräckligt för att starta en multiplikativ kedjereaktion, men producerar tillräckligt med strålning för att vara dödlig om du höll i den.
För att producera en kedjereaktion krävs en höjning av plutoniumet, bara en bit – bara 10% över kritisk massa är tillräckligt för att skapa ett kärnvapen med en kapacitet på 10-20 ton, redan i räckhåll för Davy Crockett-stridsspetsen. 20 % över kritisk massa ger en avkastning på 100 ton, medan 35 % över kritisk massa kan nå 250 ton. De minsta kärnvapnen skulle ha en avkastning någonstans i detta intervall.
Allmänheten kan inte säkert veta vad det minsta kärnvapnet är, eftersom det förmodligen är hemligt. Sovjetunionen arbetade med en mängd olika kärnvapen som förblir helt hemliga, och USA har också gjort det, även om det är mer transparens i det senare fallet. En före detta sovjetisk general, Alexander Lebed, hävdade att det fanns ”resväska kärnvapen” i en nyhetsintervju i september 1997, vilket satte igång en kedja av spekulationer om huruvida det minsta kärnvapnet kunde passa i en 60 x 40 x 20 cm resväska. Den allmänna samsynen är att detta skulle vara tillräckligt med utrymme för att skapa ett kärnvapen, särskilt för ett tekniskt sofistikerat land. Det finns dock få konkreta bevis för det.