Uji coba nuklir telah dilakukan oleh delapan negara – Amerika Serikat, Rusia, Inggris, Prancis, Cina, India, Pakistan, Korea Utara, dan mungkin Israel. Uji coba nuklir pertama, Trinity, dilakukan oleh Amerika Serikat pada 16 Juli 1945, dekat Alamogordo, New Mexico. Sejak itu, setidaknya delapan negara lain telah mengembangkan senjata nuklir, dengan lima – Amerika Serikat, Rusia, Inggris, Prancis, dan Cina, bagian dari “negara-negara senjata nuklir,” seperti yang diidentifikasi oleh Perjanjian Non-Proliferasi Nuklir yang diakui secara internasional.
Ada empat jenis utama pengujian nuklir – atmosfer, bawah tanah, eksoatmosfer, dan bawah air. Masing-masing memiliki tujuan dan kelebihan yang berbeda. Uji coba nuklir pertama adalah di atmosfer, 20 kiloton bom setara TNT diledakkan di menara baja setinggi 20 m (67 kaki). Beberapa ilmuwan di Proyek Manhattan khawatir bahwa tes tersebut akan menyalakan atmosfer dan membunuh semua yang ada di Bumi, tetapi perhitungan pada saat itu menunjukkan kemungkinan yang sangat rendah, dan untungnya itu tidak terjadi. Uji coba nuklir pertama kali ini menghasilkan bola api sepanjang 200 meter (656 kaki) dan meninggalkan kawah kaca radioaktif di gurun sedalam 3 meter (10 kaki) dan lebar 330 meter (1,100 kaki). Potongan kaca hijau ini, yang disebut Trinitite, dianggap sebagai barang koleksi yang berharga.
Setelah pengeboman atom di Hiroshima dan Nagasaki masing-masing pada tanggal 6 dan 9 Agustus 1945, ledakan nuklir berikutnya terjadi selama Operasi Crossroads. Uji coba nuklir ini, yang dilakukan di Bikini Atoll selama musim panas 1946, menampilkan ledakan bawah air pertama, Baker dan uji lainnya, Able. Tembakan Baker digunakan untuk menguji efek senjata nuklir pada beberapa kapal besar, termasuk boneka di geladak. Kapal-kapal ini menjadi radioaktif berbahaya setelah pengujian, menjadi contoh pertama kontaminasi radioaktif akut oleh senjata nuklir.
Selama beberapa dekade berikutnya, ribuan uji coba nuklir dilakukan oleh negara-negara nuklir, terutama AS, Rusia, dan China. Rusia meledakkan bom pertamanya pada tahun 1949, diikuti oleh Inggris pada tahun 1952, Prancis pada tahun 1960, Cina pada tahun 1964, India pada tahun 1974, Pakistan pada tahun 1998, dan Korea Utara pada tahun 2006. Israel dan/atau Afrika Selatan mungkin telah melakukan uji coba nuklir. di sebuah pulau terpencil di selatan Samudera Hindia pada tahun 1979, tetapi hal ini masih diperdebatkan. Pada tahun 1970, negara-negara anggota Traktat Non-Proliferasi Nuklir hanya setuju untuk melakukan uji coba nuklir di bawah tanah. Sepanjang 1990-an, sebagian besar negara nuklir menghentikan pengujian. Satu-satunya ledakan nuklir sejak tahun 1998 adalah uji coba Korea Utara pada tanggal 9 Oktober 2006, meskipun bom ini memiliki daya ledak yang rendah dan dianggap sebagai “gagal”.