Aunque no existen definiciones oficiales de las diferentes generaciones de armas nucleares, los historiadores y analistas de control de armas a menudo reconocen cuatro categorías generales, cada una de las cuales representa un avance tecnológico sustancial con respecto a la anterior. Las naciones que desarrollan armas nucleares tienden a desarrollar cada etapa por turno y rara vez se saltan etapas, excepto ocasionalmente la primera. Estas etapas son 1) bombas de fisión de tipo cañón, 2) bombas de fisión de tipo implosión, 3) bombas de fusión y 4) MIRV (vehículo de reentrada con múltiples objetivos independientes) entregado armas nucleares. Tenga en cuenta que no existe un principio de organización unificado para este esquema; la distinción entre el primero y el segundo se basa en el método de detonación, el segundo y el tercero por el tipo de bomba, y el tercero y el cuarto por el sistema de lanzamiento utilizado.
Las armas nucleares de primera generación se desarrollaron inicialmente en los Estados Unidos en 1939-1945 bajo los auspicios del ultrasecreto Proyecto Manhattan. La construcción tipo pistola de la bomba significa que su principio operativo es un trozo de uranio enriquecido lanzado a otro como un cañón. Cuando las dos unidades de uranio se combinan, alcanzan una masa crítica e inician una reacción en cadena nuclear. El resultado es una explosión nuclear, como las que mataron a 140,000 personas durante el bombardeo atómico de Hiroshima durante la Segunda Guerra Mundial.
Las armas nucleares de tipo implosión mejoran la eficiencia de las armas de tipo pistola al rodear el uranio con una esfera de lentes explosivos, diseñada para dirigir su energía hacia adentro y compactar el uranio. El resultado es que se consume más uranio en la reacción en cadena en lugar de explotar sin fisionarse, lo que da como resultado un mayor rendimiento. Las armas nucleares de tipo implosión fueron desarrolladas por Estados Unidos poco después de las primeras armas nucleares de tipo pistola. La bomba nuclear que fue lanzada sobre Nagasaki apenas tres días después del bombardeo de Hiroshima se basó en el diseño de tipo implosión, lo que le permitió ser más compacta y ligera.
A pesar de las mejoras incrementales en las armas de fisión, como la utilización de una pequeña reacción de fusión para aumentar el rendimiento, el siguiente gran paso hacia arriba en la destrucción de las armas nucleares se logra mediante la bomba de fusión o bomba de hidrógeno. En lugar de fisionar (romper) los núcleos de uranio o plutonio, la bomba de fusión fusiona elementos ligeros (hidrógeno) y libera el exceso de energía en la explosión. Este es el mismo proceso que da energía al sol. La mayoría de las armas nucleares modernas son del tipo de fusión, ya que los rendimientos obtenidos son mucho más altos que las mejores armas de fisión.
Después de que se construyeron numerosas bombas de fusión, no quedaban más pasos que pudieran tomarse para aumentar el rendimiento de estas armas, por lo que el enfoque se centró en desarrollar métodos de lanzamiento que un enemigo potencial no podría contrarrestar. Esto condujo al desarrollo de la entrega MIRV, mediante la cual un misil balístico con punta nuclear se lanza fuera de la atmósfera, después de lo cual libera 6-8 vehículos de reentrada que pueden dirigirse de forma independiente para que lluevan sobre objetivos adyacentes. Como estos vehículos de reentrada con punta nuclear viajan a velocidades extremas, alrededor de Mach 23, bloquearlos o desviarlos es esencialmente imposible con las tecnologías actuales.