Apenas duas armas nucleares foram utilizadas durante uma guerra: quando os Estados Unidos bombardearam duas cidades japonesas no fim da Segunda Guerra Mundial. Em 6 de agosto de 1945, uma bomba de fissão de urânio cujo codinome era "Little Boy" foi detonada sobre a cidade japonesa de Hiroshima. Três dias depois, em 9 de agosto, um tipo de bomba de fissão de plutônio, de codinome "Fat Man", explodiu sobre a cidade de Nagasaki, no Japão. Estes dois ataques resultaram na morte de cerca de 200 mil pessoas — a maioria civis — por causa dos graves ferimentos decorrentes das explosões e da radiação. O papel dos bombardeamentos nucleares na rendição do Japão e se seu uso foi ético ainda são questões que continuam a serem alvos de discussão atualmente.

Depois dos bombardeamentos de Hiroshima e Nagasaki, armas nucleares foram detonadas em mais de duas mil ocasiões, durante testes e demonstrações. Apenas algumas nações possuem tais armas ou são suspeitos de as terem. Os únicos países conhecidos por terem detonado armas nucleares e que são reconhecidos por possuírem esse tipo de armamento são (em ordem cronológica, de acordo com a data do primeiro teste): Estados Unidos, União Soviética (sucedida como uma potência nuclear pela Rússia), Reino Unido, França, República Popular da China, Índia, Paquistão e Coreia do Norte. Além disso, é quase consenso que Israel também possui armas nucleares, embora o governo israelense não reconheça isso. Apenas um país, a África do Sul, fabricou armas nucleares no passado, mas desmontou todo o seu arsenal após o fim do regime do apartheid, quando o país aderiu ao Tratado de Não-Proliferação de Armas Nucleares (TNP) e aceitou completamente as salvaguardas internacionais.