广岛市原子弹爆炸事件，是在第二次世界大战末期，由美国总统哈里·S·杜鲁门下令发动，美国陆军航空军于1945年8月6日上午8时15分（日本时间）在日本广岛市投下原子弹“小男孩”的历史事件。这是人类历史上第一场核武器空袭行动，核爆炸造成广岛市超过十万名居民死亡，城市遭到毁灭性打击。
美国在3天后的1945年8月9日对日本进行第二次原子弹轰炸，摧毁了位于九州北部的海港城市长崎。日本于广岛市原子弹爆炸的9天后，在8月15日宣布无条件投降。
原子弹投下时
关岛
8月2日关岛的美军第20航空军司令部发出极密指令，命令天宁岛的第509混合飞行大队执行这项任务。
作战命令书第13号，1945年8月2日
* 攻击日：8月6日
* 攻击目标：广岛市中心部及工业地域
* 备选第2目标：小仓市
* 备选第3目标：长崎市中心部
* 特别指令：必须用肉眼监测状况
天宁岛
8月4日B-29轰炸机艾诺拉·盖伊号进行完了最后的投弹训练，回到了马里亚纳群岛的天宁岛。
8月5日一架B-29飞机飞临广岛市上空，7分钟后广岛市发出空袭警报，这是第509混成部队的一架天气侦察机。返回天宁岛后，飞行员向上级报告了第2天广岛市将会天气良好的状况，得知这一消息后，美国陆军航空军的保罗·蒂贝茨上校向艾诺拉·盖伊号飞行员下达了出击命令，他说：“今晚我们要做一件具有极其深刻历史意义的事。”
8月6日凌晨0时37分有3架气象观测机从天宁岛起飞，一架飞往广岛市，一架飞往小仓市，另一架飞往长崎市，凌晨0时51分预备机TOP SECRET号也向硫磺岛飞去。
1时27分搭载小男孩原子弹的艾诺拉·盖伊号开始准备起飞，1时45分飞机缓缓滑出跑道，两分钟后1时47分记录原子弹威力的科学观测机起飞，又过了2分钟后的1时49分拍摄原子弹爆炸瞬间的摄影观测机也起飞了。就是说包括艾诺拉·盖伊号在内，一共有6架飞机参加了这次作战，从天宁岛飞往目标广岛市，大约需要7个小时。
四国上空
上午6时30分作战指挥官威廉姆海军上校，助手莫里斯陆军中尉，投弹手托马斯陆军少校，进入飞机弹舱，拔出了“小男孩”的绿色安全插销，插上了红色的点火插销。作业完成后，威廉姆向保罗·蒂贝茨报告“作业完成”的消息。
随后艾诺拉·盖伊号的雷达发现周围有飞机出现，但无法辨别敌我身份。为了安全起见，飞机从2,000米的高度升高到了7,800米，日本的雷达此时也发现了艾诺拉·盖伊号，并派出飞机侦察，但是艾诺拉·盖伊号躲过了袭击，继续向目的地飞行。
广岛市
上午7时先行出发的天气观测机已经到达广岛上空，它立即与艾诺拉·盖伊号进行联系，报告：“广岛上空天气良好，视野10英里，高度15,000英尺，云量12分之1”，于是袭击目标就被决定是广岛市了。但是这架观测机引发了广岛市的空袭警报，上午7时31分观测机飞离广岛市，空袭警报随之解除。
上午8时9分艾诺拉·盖伊机组人员看到了广岛市，上午8时10分日本雷达捕捉到了B-29侵入广岛市上空的消息，几分钟后广岛市军管区司令部打算发出空袭警报。但此段期间艾诺拉·盖伊号已经飞到了广岛市上空，高度是9,632米，机组人员将3组带有降落伞的观测设备投下飞机，广岛市民都看到了这3个降落伞。
上午8时12分机组人员进行了最后的准备工作，将飞机设置为自动操纵。上午8时15分17秒，定时装置发挥效用，原子弹被自动投下。目标是广岛中央太田川上的T字型大桥：相生桥，同时飞机立刻改回手动操纵，来了个155度角的大转弯，往回飞去。
实际上原子弹在进行了43秒的平抛运动后，于日本标准时间早上8时15分在相生桥东南方的医院岛病院上空1,900英尺（大约580米）爆炸。
归岛
原子弹爆炸引发的冲击波波及到了艾诺拉·盖伊号，引起了强烈的震动，机组人员还以为是遭到了高射炮的袭击，后来才发现真相。下午2时58分飞机顺利回到了天宁岛，机组人员受到热烈欢迎，全员均获授勋。
由于摄影机拍摄的照片的底片被原爆产生的射线照射，多数无法冲洗出来，留存现世的原爆照片并不多。
威力
“小男孩”搭载了50公斤的铀235。核裂变爆发的能量为500,000亿焦耳，相当于15,000吨TNT当量。能量通过冲击波、热线、放射线等方式爆发出来，分别占50%、35%、15%的比例。
这次爆炸的威力，相当将8倍于东京空袭中炸弹（2,000吨）的总能量，在相当于东京市10%大小的地方爆发出来。
冲击波和气浪
爆炸的瞬间，中心气压达到了数十万个大气压，引发了极为强烈的冲击波和气浪。
爆炸中心的风速大约是440米/秒，相当于12级台风的风速的10倍，超音速的风和冲击波一起向外扩散，将一般的建筑破坏殆尽。
爆心的风压达到了350万帕斯卡，相当于在1平方米的地方加压350吨的重物，就算在半径1,000米以内，风压也达到了100万帕斯卡。此范围以内除钢筋混凝土结构的建筑外，全部遭到毁灭。2,000米以内的风压是300,000帕斯卡，此范围以内的木质房屋全部被毁灭。
热线
热线的总能量大约是22兆焦耳，即5.3兆卡路里，热线其实就是红外线，在爆炸后的3秒内大量放出，热线的能量与距离的平方成反比。爆炸中心地每平方厘米大约是100卡路里，500米范围内为56卡路里，1,000米内是23卡路里，也就是说地面受到的能量相当于受普通太阳照射的1,000倍。
爆炸中心的温度，达到了3,000℃—4,000℃之高。爆心附近的房屋瓦片等纷纷“起泡”，木质房屋达到着火点自燃，包括广岛城在内的各类建筑无一幸免。
放射线
爆炸发射出了大量的α射线、β射线、γ射线和中子，据推算地表每1平方厘米有高速中子12,000亿个、慢中子（热中子）90,000亿个。
黑雨
原子弹爆炸产生了巨大的蕈状云，蕈状云里含有大量放射性落下灰。它们和云中的水汽混合在一起，形成了黑色的雨并落在广岛一带。这种雨具有高放射性，因此污染了河流，而当时因受核爆影响造成剧烈口渴的难民在饮用这些雨水后，多数在数日内死亡。
后果
伤亡人数
大多数的估计认为在广岛约有70,000人因核爆的热辐射和冲击波立即丧生，包含时任广岛市长粟屋仙吉。到1945年年底估计因烧伤、辐射和相关疾病影响而死亡之人数，90,000人至140,000人，另外估计至1950年止共有200,000人因癌症和其他长期并发症死亡。
距离原爆中心500米以内的被害者有90%以上当场死亡或当日死亡、500米—1,000米以内超过60%—70%的人当场死亡或当日死亡，暂时生存下来的人有50%在6天内死亡，过了6天又有25%的人死亡。
直到1945年11月爆炸中心500米以内的人98%—99%已经死亡，500米到1,000米范围内有90%的人已经死亡，从1945年8月到12月总共有90,000人—120,000人死亡。距离原爆点非常近的幸存者中，野村英三是最近的一位，当时他正在170米外的地下室中。高藏信子则是位于300米外的广岛银行中，因为该建筑相当坚固，所以能幸免于难。
截止2019年，统计的死亡人数达32万4129人。
短期的影响
烧灼伤
原子弹引发的大量热线和放射线，爆心1,000米以内的人，均受到了5度的重度烧伤，表皮全部碳化。热线的影响范围是3,500米以内。此范围内的木质房屋大都自燃，更是造成了2次烧伤，爆炸中心1,000米以内而又在屋外的人，90%在7天内死亡。
外伤
冲击波本身会直接对被害者造成损伤，而冲击波所毁坏的建筑物碎片又以高速冲向被害者，造成2次外伤。
急性辐射综合症
原子弹爆炸发射出的大量放射线，使大量被害者得了急性辐射综合症。其症状包括恶心、呕吐、食欲不振、腹泻、发热、脱毛症、皮下出血等等，也有人因此得了白血病，被害者大部分在1个月内死亡。
二次放射能症
随后赶来救援的人，因为防护措施不足，也有人得了放射能症，不过数量较少，受黑雨影响的人也得了二次放射能症。
白血病
1966年冈崎令治夫妇发现DNA合成前体的短片段「冈崎片段」，被认为必将获得诺贝尔奖，但冈崎令治已在1975年死于广岛原爆诱发的慢性粒细胞性白血病，享年44岁。
评价
战后美国史界一直存在声音，认为对大都市投下原子弹是对平民的暴行、应当谴责。但亦一派认为原子弹提早结束战争，从而拯救了更多生命。
中华人民共和国在90年代以前一直对原子弹持批判态度，如《人民日报》1961年的《在“英雄”和“疯子”之间》、1965年的《控诉美帝罪行 不许广岛事件重演 广岛举行“原子弹受害者救济大会” 阿报指出核讹诈吓不倒各国人民》及二战40周年1985年的《长崎和平行》等文，1979年《兵器知识》创刊号上的《中子弹》一文也直接称广岛长崎原爆为“罪孽”。而现今中国媒体对于原子弹的态度已有所改变，如《人民网》2015年的《日本核爆受害者之子：核爆根源是日本的战争加害》指出日本政府借由核爆来强调日本是二战受害者，淡化日本侵略者的身份，并借此掩盖日本犯下的战争罪行。《中国评论通讯社》2015年的《日媒炫耀百国代表纪念核爆》指出日本被核武攻击是实施军国主义的恶果。
苏联元帅华西列夫斯基认为使日本投降的是苏军而不是原子弹，并认为“大量杀伤日本城市居民绝不是出于任何军事上的必要…，不如说是对苏联实行冷战的第一步”。2015年，俄罗斯国家杜马主席谢尔盖·纳雷什金（Сергей Нарышкин）表示美军使用原子弹攻击日本时未考虑人道问题，也没有考虑其必要性。
在战后美军接收日本的这段期间，关于广岛与长崎的核爆的报导及出版物遭到日方及美军严格的审核，其关于被爆者的医学研究亦多数被管制及被美军移送美国，这些严格的出版审核直至数年后才解禁。在美国方面，军方亦有打压相关言论，尽管有一些反核的声浪及相关出版物，但皆遭到当时美国军方的强烈驳斥，使得美国人民对于核爆事件的印象大多为「终止战争的必要之恶」。
纪念
1954年4月1日，位于广岛市中区中岛町的广岛和平纪念公园开放。1955年8月，广岛和平纪念资料馆开馆。
1981年1月，原爆遗迹选定会议决定在9处地点树立纪念牌，包括原爆圆顶、岛病院（爆炸中心）、元安桥、本通商店街、基町第二陆军医院遗址、 广岛红十字医院、袋町小学校、広岛市役所和广岛站，并计划3年设立30处。
1990年，德国柏林的格拉夫施佩街（Graf-Spee-Straße）更名为广岛街（Hiroshimastraße）以声援这座受到原子弹爆炸之害的城市。
2003年，菲德尔·卡斯特罗访问了广岛原子弹爆炸中心，并献了花圈和默哀。
2010年，美国驻日大使约翰·鲁斯成为首名参加广岛原子弹爆炸纪念活动的美国政府代表。
2011年，美国驻日副大使詹姆斯·朱姆沃尔特先后出席广岛和长崎的纪念活动，成为首名同一年两次参加日本原子弹爆炸纪念活动的美国政府代表。
2016年5月27日，美国总统奥巴马在访日期间造访广岛，并前往广岛和平纪念公园向原爆罹难者致哀，成为广岛原爆发生71年以来，首位访问广岛的现任美国总统。
2017年诺贝尔和平奖
国际废除核武器运动（ICAN）获得2017年诺贝尔和平奖，日本出身的广岛原爆幸存者サーロー节子（旧姓中村）代表领奖。日本被团协以及广岛市市长松井一实、长崎市市长田上富久皆出席观礼。