美國是第一個擁有核武器的國家，1945年7月16日5時30分，美國在新墨西哥州離阿拉莫戈多50英里的一片廣闊荒蕪地區成功進行了首次核子試驗，
首次核子試驗的原子彈被命名為“瘦子”的綽號；1954年3月1日，美國在太平洋的比基尼環礁試驗了第一枚氫彈，其威力是1945年摧毀日本廣島的原子彈的500倍。美國的氫彈構型屬於T-U構型，也稱為泰勒構型，而英國和前蘇聯均沿用了該種構型，在前蘇聯被稱為澤爾多維奇-薩哈羅夫構型，中國的氫彈屬於我國獨有的於敏構型。
前蘇聯是第二個擁有核武器的國家，1949年8月29日在哈薩克的塞米巴拉金斯克實驗場爆炸了前蘇聯首顆綽號為“南瓜”的原子彈。1952年10月3日，英國在澳大利亞蒙特巴羅沿海的船上爆炸了其第一顆原子彈，這也使英國成為了世界上第三個擁有核武器的國家。
1960年2月13日，法國在西撒哈拉沙漠的賴加奈的一座100米的高塔上爆炸成功了第一顆原子彈，法國也成為了世界上第四個擁有核武器的國家。
1964年10月16日，中國在新疆羅布泊爆炸了首顆原子彈，這也使中國成為安理會五個常任理事國中最後一個加入核武器俱樂部的國家。
而印度和巴基斯坦則是在1998年分別爆炸了自己的核武器裝置，也成為了擁核國家。以色列擁核實際上甚至早于印巴，在1967年前後即擁有了達到原子彈當量的核裝置，甚至在當年的第三次中東戰爭中差點使用。以色列被普遍認為是世界上第六個核大國，可能擁有數百枚核武器，但以色列從未承認過。這種既不承認也不否認的模糊態度，
讓其既對敵人保持著威懾力，又可以逃避國際核查。