Durch die Abstimmung des Designs und des Betriebsmechanismus einer Atombombe kann die Ausbeute in einem sehr weiten Bereich verändert werden. Zum Beispiel neigen Wasserstoffbomben, die Atomkerne verschmelzen, um nukleare Explosionen zu erzeugen, dazu, energiereicher zu sein als Atombomben, die stattdessen Atomkerne für nukleare Explosionen zerlegen.
Die kleinsten Nuklearexplosionen sind „Fuzzles“, wie der Nordkorea-Test am 9. Oktober 2006, der eine Ausbeute von etwa einer Kilotonne TNT ergab, und frühe Tests kleiner taktischer Atomwaffen, wie 1957 bei der Operation Plumbbob in den Vereinigten Staaten. Einige der Nuklearexplosionen in Operation Plumbbob waren sehr klein, wie Pascal-A, die erste unterirdische Atomexplosion der Welt, die eine Ausbeute von nur 55 Tonnen hatte (ihr Ertrag wurde offiziell als „gering“ eingestuft, obwohl die Ausbeute aller anderen Test in Operation Plumbbob wurde veröffentlicht).
Pascal-B, ein weiterer Test, hatte eine Ausbeute von etwa 500 Tonnen. Ballonschüsse Lassen und Wheeler hatten Erträge unter einer halben Kilotonne. Ein Oberflächenschuss, Franklin, verpuffte und produzierte eine Ausbeute von etwa 140 Tonnen, während Coulomb-A, ein Sicherheitstest, eine angebliche Ausbeute von Null hatte. Es ist nicht bekannt, wie klein die kleinste theoretisch mögliche Atomexplosion wäre, aber 55 Tonnen sind die kleinsten, von denen es einen Rekord gibt, und können sich der unteren Grenze nähern.
Nukleare Explosionen mit Ausbeuten von einigen Dutzend Tonnen gelten als extrem klein, aber immer noch größer als fast alle konventionellen Waffenexplosionen. Die Bombardierung von Oklahoma City, bei der das Alfred P. Murrah Federal Building zerstört wurde, hatte eine Ausbeute von nur zwei Tonnen TNT, wobei 168 Menschen getötet und über 800 verletzt wurden. Die größte bestätigte konventionelle Bombe, die GBU-43/B Massive Ordnance Air Blast, hat eine Ausbeute, die etwa 11 Tonnen TNT entspricht, mit einem Sprengradius von 450 Fuß (137 m). Seine Schockwelle soll ausreichen, um neun Häuserblocks zu zerstören.
Wenn Pascal-A mit einer Ausbeute von 55 Tonnen eine der kleinsten Atomexplosionen aller Zeiten ist, dann war die größte Atomexplosion, ein sowjetischer Test namens Zar Bomba, mit einer Ausbeute von 50 Megatonnen etwa eine Million Mal größer. Zum Vergleich: Die Hiroshima-Bombe Little Boy hatte eine Ausbeute von nur etwa 14 Kilotonnen, zerstörte aber im Wesentlichen eine ganze Stadt. Eine „typische“ Nuklearwaffe in den Arsenalen der Vereinigten Staaten und Russlands ist heutzutage etwa ein paar Megatonnen. Zar Bomba war so groß, dass seine Ausbeute ungefähr dem Zehnfachen der im Zweiten Weltkrieg verwendeten Sprengstoffe zusammen entsprach. Es könnte in einer Entfernung von 58 km (36 Meilen) Verbrennungen dritten Grades verursacht haben. Der Feuerballradius betrug ungefähr 2.5 km (1.5 mi) und dauerte 26 Sekunden. Diese Atomwaffe war so mächtig, dass sie den Verstand verblüfft.