Genom att justera utformningen och manövreringsmekanismen för en kärnvapenbomb kan utbytet modifieras för att vara inom ett mycket brett område. Till exempel tenderar vätebomber, som smälter samman atomkärnor för att producera kärnexplosioner, att vara mer energiska än atombomber, som bryter isär atomkärnor för kärnexplosioner istället.
De minsta kärnvapenexplosionerna är ”fizzles”, som Nordkoreas test den 9 oktober 2006, som hade en avkastning på ungefär ett kiloton TNT, och tidiga tester av små taktiska kärnvapen, som i Operation Plumbbob under 1957 i USA. Några av kärnkraftsexplosionerna i Operation Plumbbob var mycket små, som Pascal-A, världens första underjordiska kärnvapenexplosion, som hade en avkastning på bara 55 ton (dess avkastning var officiellt listad som ”låg”, även om avkastningen för varannan testet i Operation Plumbbob offentliggjordes).
Pascal-B, ett annat test, hade en avkastning på cirka 500 ton. Ballongskotten Lassen och Wheeler hade en avkastning under ett halvt kiloton. Ett ytskott, Franklin, susade och gav en avkastning på cirka 140 ton, medan Coulomb-A, ett säkerhetstest, hade en påstådd avkastning på noll. Det är inte känt hur liten den minsta teoretiskt möjliga kärnvapenexplosionen skulle vara, men 55 ton är den minsta som det finns ett rekord av och kan närma sig den nedre gränsen.
Kärnvapenexplosioner med en avkastning på några dussin ton anses vara extremt små, men ändå större än nästan alla konventionella vapenexplosioner. Oklahoma City-bombningen, som förstörde Alfred P. Murrah Federal Building, hade en avkastning på endast två ton TNT, dödade 168 och skadade över 800. Den största bekräftade konventionella bomben, GBU-43/B Massive Ordnance Air Blast, har en avkastning motsvarande cirka 11 ton TNT, med en sprängradie på 450 fot (137 m). Dess chockvåg sägs vara tillräckligt för att förstöra nio stadskvarter.
Om Pascal-A är en av de minsta kärnkraftsexplosioner genom tiderna med en avkastning på 55 ton, så var den största kärnvapenexplosionen, ett sovjetiskt test kallat Tsar Bomba, ungefär en miljon gånger större, med en avkastning på 50 megaton. Som jämförelse hade Hiroshimabomben, Little Boy, en avkastning på endast cirka 14 kiloton, men den förstörde i huvudsak en hel stad. Ett ”typiskt” kärnvapen i USA:s och Rysslands arsenaler i modern tid handlar om ett par megaton. Tsar Bomba var så enorm att dess avkastning motsvarade ungefär tio gånger sprängämnena som användes under andra världskriget tillsammans. Det kunde ha orsakat tredje gradens brännskador på ett avstånd av 58 km (36 mi). Eldklotsradien var ungefär 2.5 km (1.5 mi) och varade i 26 sekunder. Detta kärnvapen var så kraftfullt att det förbryllar sinnet.