核武器的毀滅性威力源自愛因斯坦質能方程E=mc²的物理實現，其能量釋放機制主要分為核裂變與核聚變兩種類型。第一代原子彈採用純裂變設計，臨界質量是關鍵技術參數，鈾-235需要約15公斤，而鈈-239僅需5公斤即可達到鏈式反應條件。廣島「小男孩」原子彈使用64公斤濃縮鈾，實際參與裂變的物質不足1公斤，卻釋放了相當於1.5萬噸TNT當量的能量，瞬間造成7萬人死亡。
熱核武器的技術突破在於引入氘化鋰作為聚變燃料，這種固態化合物在裂變初級階段產生的中子轟擊下，會生成氚並引發更劇烈的聚變反應。1952年美國試爆的「邁克」裝置重達82噸，當量卻達到1,040萬噸，是廣島原子彈的700倍。現代三相彈結合裂變-聚變-裂變三階段反應，不僅提高能量利用率，更通過鈾-238外殼的次級裂變大幅增加放射性污染。
核材料製備涉及極高技術門檻。鈾濃縮需通過氣體離心機將天然鈾中0.7%的鈾-235提純至90%以上，典型商業電站僅需3-5%濃度。伊朗納坦茲設施裝配的IR-6離心機每台分離功約為5SWU/年，製造一枚核彈頭需要約25,000SWU的工作量。鈈生產則需石墨慢化堆或重水堆，北寧邊5兆瓦反應堆每年可生產約6公斤武器級鈈，足夠製造1-2枚核彈。
核爆毀傷效應呈現多維度破壞特徵。火球半徑與當量立方根成正比，1百萬噸級爆炸可產生直徑1.5公里的火球，表面溫度達5,000°C。衝擊波超壓在距爆心500米處仍保持200kPa，足以摧毀鋼筋混凝土建築。廣島原爆產生的初始核輻射劑量在爆心1公里處高達50Gy，造成立即性放射病症。而落下灰的放射性污染範圍更廣，1954年美國「城堡行動」Bravo試驗意外污染了7,000平方公里的太平洋海域。
戰術核武器的發展呈現小型化趨勢。美國B61-12重力核彈當量可調節（0.3-50千噸），圓概率誤差僅30米，兼具戰略威懾與戰術使用雙重功能。俄羅斯宣稱的「海燕」核動力巡航導彈理論上具有無限射程，這類新型載具模糊了戰略與常規武器的界限。巴基斯坦發展的NASR短程彈道導彈配備5千噸當量彈頭，反映核武器戰術化的區域性趨勢。
核材料管控面臨技術擴散風險。國際原子能機構的保障監督措施包括封記監控和環境取樣分析，鈾濃縮設施需安裝在線監測系統。但離心機技術的擴散使更多國家具備潛在核能力，朝鮮寧邊核設施的擴建顯示，5兆瓦反應堆可年產6公斤鈈，足夠每年新增1-2枚核彈頭。伊朗福爾多地下設施的離心機群證明，隱蔽式核設施能有效規避衛星監測。
核冬天理論模型預測，大規模核交戰引發的煙塵將遮蔽陽光，導致全球氣溫下降。5,000萬噸級核爆產生的煙霧可在大氣層停留10年，北半球中緯度地區氣溫或下降10-15°C。農作物生長季縮短將引發全球性饑荒，這類次生災害的致死規模可能超過直接核打擊。
核裁軍進程面臨技術性障礙。新START條約限制部署戰略核彈頭1,550枚，但非部署狀態的庫存彈頭不受約束。美國「核現代化計劃」預計耗資1.2萬億美元，包括研發B21隱形轟炸機和哥倫比亞級核潛艇。核武器國家普遍面臨老化核武庫的更新壓力，英國計劃將三叉戟導彈服役期延長至2060年代，這類延壽工程涉及敏感的核材料再處理技術。
從技術控制角度看，鈾濃縮與鈈再處理構成核擴散的雙重途徑。國際社會對伊朗實施的離心機部件禁運，以及對印度核試驗後實施的燃料禁運，反映防擴散體系的技術管制重點。日本持有的47噸分離鈈儲備引發區域安全憂慮，這批材料理論上可製造6,000枚核彈，顯示「核門檻國家」的潛在風險。
核威懾效力的物理基礎在於不可防禦性。現有反導系統對單個彈頭的攔截概率約70%，但面對分導式多彈頭飽和攻擊時效能急降。俄羅斯「薩爾馬特」洲際導彈可攜帶10-15個分導彈頭，配合「先鋒」高超音速滑翔載具，使現有防禦系統面臨根本性挑戰。這種技術不對稱性構成核威懾穩定性的物質基礎。
核武器技術的演進史顯示，從裂變到聚變的發展使單位質量能量釋放提升三個數量級。現代熱核彈頭的比威力可達5千噸/公斤，而戰術核武器的小型化更模糊了核門檻。在技術擴散與地緣緊張並存的時代，核材料的管控與核技術的發展已成為國際安全的核心議題。
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