La plus petite arme nucléaire connue du public était le W54, un cylindre de 10.6 « x 15.7 » (27.3 x 40 cm) qui ne pesait que 51 lb (23 kg). Le W54 a été utilisé à la fois dans le fusil sans recul Davy Crockett (un mortier nucléaire pour les troupes au sol) et le Mk-54 SADM (Special Atomic Demolition Munition), une bombe à retardement nucléaire livrée en main propre pour attaquer les ports ennemis. Le prototype du W54, testé lors de l’opération Hardtack en 1954, était encore plus petit, à seulement 10.6 « x11.8 » (27 x 30 cm), proche de ce que de nombreux scientifiques nucléaires pensent être l’arme nucléaire théoriquement la plus petite. Le Davy Crockett avait un rendement de 10 à 20 tonnes – intentionnellement maintenu bas pour être en sécurité pour ceux qui le tiraient – tandis que le SADM avait un rendement variable entre 10 tonnes et 1 kilotonne.
Pour créer une arme nucléaire, il faut une masse critique de matière fissile et un châssis pour une gâchette de type pistolet ou des lentilles explosives. Une masse critique de plutonium est d’environ 10.5 kg (23 lb), 10.1 cm (4 po) de diamètre. Ce n’est pas suffisant pour déclencher une réaction en chaîne multiplicative, mais cela produit suffisamment de rayonnement pour être mortel si vous le teniez.
Pour produire une réaction en chaîne, il faut augmenter le plutonium, juste un peu – seulement 10 % au-dessus de la masse critique sont suffisants pour créer une arme nucléaire avec un rendement de 10 à 20 tonnes, déjà à portée de la tête militaire de Davy Crockett. 20% au-dessus de la masse critique donne un rendement de 100 tonnes, tandis que 35% au-dessus de la masse critique peut atteindre 250 tonnes. Les plus petites armes nucléaires auraient un rendement quelque part dans cette gamme.
Le public ne peut pas savoir avec certitude quelle est la plus petite arme nucléaire, car elle est probablement classifiée. L’Union soviétique a travaillé sur une variété d’armes nucléaires qui restent complètement secrètes, et les États-Unis l’ont également fait, bien qu’il y ait plus de transparence dans ce dernier cas. Un ancien général soviétique, Alexander Lebed, a affirmé l’existence de « valises nucléaires » lors d’une interview accordée aux nouvelles en septembre 1997, déclenchant une chaîne de spéculations sur le fait de savoir si la plus petite arme nucléaire pourrait tenir dans une valise de 60 x 40 x 20 cm. Le consensus général est que ce serait assez de place pour créer une arme nucléaire, en particulier pour un pays technologiquement sophistiqué. Cependant, il y a peu de preuves concrètes pour cela.