Der Vorfall mit der Wasserstoffbombe Palomares ist ein militärischer Unfall, der sich am 17. Januar 1966 ereignete. Ein US-amerikanischer Bomber kollidierte beim Tanken etwa 6 km über dem Mittelmeer vor der Küste Spaniens mit einem Tankflugzeug. Dadurch entzündete sich der Treibstoffraum des Tankers, wodurch er explodierte und alle vier Besatzungsmitglieder an Bord töteten. Der Bomber brach ebenfalls auseinander und tötete drei Besatzungsmitglieder. Vier Besatzungsmitglieder überlebten und sicherten sich mit dem Fallschirm. Die Explosion war so groß, dass sie von der Besatzung eines anderen Bombers über eine Meile entfernt beobachtet wurde.
Der Vorfall wurde als Palomares-Wasserstoffbombenvorfall bekannt, weil der Bomber vier Wasserstoffbomben trug, die alle in der Nähe des Fischerdorfes Palomares fielen. Konventioneller Sprengstoff in zwei der Bomben detonierte und verseuchte zwei Quadratkilometer spanischen Bodens mit radioaktivem Plutonium. Eine weitere Bombe schlug ohne Zwischenfälle auf den Boden ein und die letzte Bombe fiel in das Mittelmeer, was eine 2 1/2 Monate lange Suche auslöste. Offensichtlich wollte das US-Militär nicht, dass die Wasserstoffbombe in die falschen Hände gerät.
Der Vorfall mit der Palomares-Wasserstoffbombe wurde offensichtlich bald danach zu einem internationalen Wirbel, und die Regierung der Vereinigten Staaten arbeitete daran, das Gebiet von kontaminiertem Boden zu säubern, indem sie 1,750 Tonnen Boden ausgrub und im Savannah River Plant in South Carolina entsorgte. Um den lokalen Spaniern und der internationalen Gemeinschaft zu zeigen, dass das Gebiet frei von Verunreinigungen ist, schwammen der spanische Tourismusminister Manuel Fraga und US-Botschafter Angier Biddle Duke vor den Augen der internationalen Medien am Strand vor Palomares.
Aber um den Wasserstoffbombenvorfall von Palomares zu beenden, musste die letzte Wasserstoffbombe gefunden werden, was nicht so einfach war. Anhand der ersten Daten von Francisco Simó Orts, einem lokalen Fischer, der die Bombe ins Wasser eindringen sah, wurde eine mathematische Technik namens Bayesian Search verwendet, um den Meeresboden nach der Bombe zu durchsuchen. Das berühmte ozeanographische Tiefseeschiff Alvin wurde verwendet, um das Gebiet abzusuchen. Nach 2 1/2 Monaten ununterbrochener Suche wurde die Bombe geborgen und wieder an die Oberfläche gebracht. Anschließend wurde ein Foto von Militärbeamten vor der geborgenen Bombe veröffentlicht, das erste Mal, dass eine Atomwaffe vor der Öffentlichkeit gesehen wurde.
Der Vorfall mit der Wasserstoffbombe von Palomares geht heute als einer der wichtigsten anomalen Vorfälle mit Atomwaffen in die Geschichte ein. Ein anderer ist der Vela-Vorfall, bei dem eine nukleare Explosion unbekannter Herkunft nahe der südatlantischen Bouvet-Insel stattfand.