Producen muy diversos tipos de efectos todos ellos tremendamente destructivos en todos los aspectos. Se distinguen en dos categorías. Efectos inmediatos o primarios y efectos retardados o secundarios. Entre los inmediatos estarían la onda expansiva, el pulso de calor, la radiación ionizante y el pulso electromagnético (EMP). En el grupo de los retardados estarían los efectos sobre el clima, el medio ambiente así como el daño generalizado a infraestructuras básicas para el sustento humano. A pesar de la espectacularidad de los primeros son los daños secundarios los que ocasionarían el grueso de las muertes tras un ataque nuclear. Pero los daños no solo deben medirse por separado ya que en muchos casos actúan efectos sinérgicos es decir, que un daño potencia el otro. Por ejemplo, la radiación disminuye las defensas del organismo y, a su vez, agudiza la posibilidad de infección de las heridas causadas por la explosión aumentando así la mortalidad. Es precisamente esa multitud de efectos y sinergias lo que hace de las armas nucleares el arma más destructiva que existe.
La emisión inicial de energía se produce en un 80% o más en forma de rayos gamma pero éstos son rápidamente absorbidos y dispersados en su mayoría por el aire en poco más de un microsegundo convirtiendo la radiación gamma en radiación térmica (pulso térmico) y energía cinética (onda de choque) que son en realidad los dos efectos dominantes en los momentos iniciales de la explosión. El resto de la energía se libera en forma de radiación retardada (lluvia radiactiva) y no siempre se suele contar a la hora de medir el rendimiento de la explosión. Las explosiones a gran altitud producen un mayor flujo de radiación extrema debido a la menor densidad del aire (los fotones encuentran menos oposición) y, consiguientemente se genera una menor onda expansiva.
Durante tiempo antes de la invención de la bomba algunos científicos creyeron que su detonación en superficie podría provocar la ignición de la atmósfera terrestre generándose una reacción en cadena global en la que los átomos de nitrógeno se unirían para formar carbono y oxígeno. Este hecho pronto se demostró imposible ya que las densidades necesarias para que se produzcan dichas reacciones han de ser mucho más elevadas que las atmosféricas y si bien es posible que haya reacciones adicionales de fusión en el corazón de la explosión estas no aportan energía suficiente para amplificar y propagar la reacción nuclear al resto de la atmósfera y la producción de elementos pesados cesa enseguida. A pesar de todo esta idea persiste en la actualidad como un rumor malentendido entre mucha gente.
