Insiden bom hidrogen Palomares adalah kecelakaan militer yang terjadi pada 17 Januari 1966. Sebuah pesawat pengebom Amerika Serikat bertabrakan dengan sebuah pesawat tanker saat mengisi bahan bakar sekitar 6 km di atas laut Mediterania, tak jauh dari pantai Spanyol. Ini memicu kompartemen bahan bakar kapal tanker, menyebabkannya meledak, menewaskan keempat awak kapal. Pembom itu juga bubar, menewaskan tiga anggota awak. Empat anggota awak selamat dan diterjunkan ke tempat yang aman. Ledakan itu begitu besar sehingga disaksikan oleh awak pembom lain lebih dari satu mil jauhnya.
Insiden tersebut kemudian dikenal sebagai insiden bom hidrogen Palomares karena pengebom membawa empat bom hidrogen, yang semuanya jatuh di dekat desa nelayan Palomares. Bahan peledak konvensional di dua bom diledakkan, mencemari dua kilometer persegi tanah Spanyol dengan plutonium radioaktif. Bom lain menghantam tanah tanpa insiden, dan bom terakhir jatuh ke laut Mediterania, mendorong pencarian selama 2 1/2 bulan. Jelas, militer Amerika Serikat tidak ingin bom hidrogen jatuh ke tangan yang salah.
Insiden bom hidrogen Palomares jelas menjadi kehebohan internasional segera setelah itu terjadi, dan pemerintah Amerika Serikat bekerja untuk membersihkan area tanah yang terkontaminasi, menggali 1,750 ton tanah dan membuangnya di Pabrik Sungai Savannah di Carolina Selatan. Untuk menunjukkan kepada penduduk lokal Spanyol dan masyarakat internasional bahwa daerah itu bebas dari kontaminasi, menteri pariwisata Spanyol Manuel Fraga dan duta besar AS Angier Biddle Duke berenang di pantai lepas Palomares, di hadapan media internasional.
Tetapi mengakhiri insiden bom hidrogen Palomares membutuhkan penemuan bom hidrogen terakhir, yang tidak mudah. Menggunakan data awal yang diberikan oleh Francisco Simó Orts, seorang nelayan lokal yang melihat bom memasuki air, teknik matematika yang disebut pencarian Bayesian digunakan untuk mencari bom di dasar laut. Kapal oseanografi laut dalam yang terkenal, Alvin, digunakan untuk mencari daerah tersebut. Setelah 2 1/2 bulan pencarian terus menerus, bom itu diambil dan dibawa kembali ke permukaan. Sebuah foto pejabat militer di depan bom yang ditemukan kemudian dirilis, pertama kali senjata nuklir terlihat di depan umum.
Insiden bom hidrogen Palomares sekarang tercatat dalam sejarah sebagai salah satu insiden anomali terkemuka yang melibatkan senjata nuklir. Lain adalah insiden Vela, ketika ledakan nuklir sumber yang tidak diketahui asalnya di dekat South Atlantic Bouvet Island.