Die kleinste der Öffentlichkeit bekannte Nuklearwaffe war der W54, ein 10.6 x 15.7 cm großer Zylinder, der nur 27.3 kg wog. Der W40 wurde sowohl im rückstoßfreien Davy Crockett-Gewehr (einem nuklearen Mörser für Bodentruppen) als auch im Mk-51 SADM (Special Atomic Demolition Munition) verwendet, einer von Hand gelieferten nuklearen Zeitbombe zum Angriff auf feindliche Häfen. Der Prototyp für den W23, der 54 während der Operation Hardtack getestet wurde, war mit 54 x 54 cm sogar noch kleiner, fast an der theoretisch kleinsten Atomwaffe, die viele Nuklearwissenschaftler halten. Die Davy Crockett hatte eine Ausbeute von 1954 bis 10.6 Tonnen – die absichtlich niedrig gehalten wurde, um für diejenigen, die sie feuerten, sicher zu sein – während die SADM eine variable Ausbeute zwischen 11.8 Tonnen und 27 Kilotonne hatte.
Um eine Nuklearwaffe zu bauen, benötigt man eine kritische Masse eines spaltbaren Materials und ein Chassis für einen pistolenartigen Abzug oder explosive Linsen. Eine kritische Masse von Plutonium beträgt etwa 10.5 kg (23 lb), 10.1 cm (4 Zoll) im Durchmesser. Dies reicht nicht aus, um eine multiplikative Kettenreaktion auszulösen, erzeugt jedoch genug Strahlung, um tödlich zu sein, wenn Sie sie halten.
Um eine Kettenreaktion zu erzeugen, muss das Plutonium nur ein wenig erhöht werden – nur 10 % über der kritischen Masse reichen aus, um eine Atomwaffe mit einer Ausbeute von 10-20 Tonnen zu bauen, bereits in der Reichweite des Davy-Crockett-Sprengkopfes. 20 % über der kritischen Masse ergeben eine Ausbeute von 100 Tonnen, während 35 % über der kritischen Masse 250 Tonnen erreichen können. Die kleinsten Atomwaffen hätten irgendwo in diesem Bereich eine Ausbeute.
Die Öffentlichkeit kann nicht mit Sicherheit wissen, was die kleinste Atomwaffe ist, weil sie wahrscheinlich klassifiziert ist. Die Sowjetunion hat an einer Vielzahl von Atomwaffen gearbeitet, die völlig geheim bleiben, und die USA auch, obwohl im letzteren Fall mehr Transparenz herrscht. Ein ehemaliger sowjetischer General, Alexander Lebed, behauptete im September 1997 in einem Nachrichteninterview die Existenz von „Koffer-Atomwaffen“ und löste damit eine Kette von Spekulationen aus, ob die kleinste Atomwaffe in einen 60 x 40 x 20 cm großen Koffer passen könnte. Der allgemeine Konsens ist, dass dies gerade für ein technologisch hoch entwickeltes Land genug Raum für die Entwicklung einer Nuklearwaffe wäre. Allerdings gibt es dafür kaum konkrete Belege.