美国在二战期间与英国、加拿大合作首先研制出了原子武器，这是曼哈顿计划的一部分，也是出于担心纳粹德国先研制出来。1945年美国测试了首个核武器（编号为“Trinity”），美国是唯一一个对其他国家使用过核武器的国家，它用原子弹轰炸了广岛和长崎。美国是首先研制出氢弹的国家，1952年测试了一个试验版本（编号为“Ivy Mike”）.1954年测试了一个可使用的核武器（编号为“Castle Bravo”）。在冷战期间，美国继续发展壮大它的核武器库。从1992年起，美国主要投身于一个核武器储备管理项目中，

1949年,苏联在一个应急计划中测试了它的首个核武器（编号为“Joe-1”），此计划一部分得以于二战期间和二战后的间谍活动(见：苏联原子弹计划)。苏联是第二个研发并测试核武器的国家。二战期间苏联发展核武器的直接原因是平衡美国的势力。1955年，苏联测试它首个百万吨级的氢弹（编号为“RDS-37”）。苏联还测试了有史以来爆炸威力最大的由人引爆的的核武器（编号为“Tsar Bomba”），它的理论威力大1亿吨，引爆时被减至5千万吨。1991年苏联解体后，苏联的武器正式被俄罗斯拥有。