Terdapat beberapa faktor yang menyukarkan anggaran bilangan nyawa yang terkorban dalam pengeboman ini. Populasi bandar-bandar terlibat sebelum pengeboman cuma diketahui secara kasar kerana berlakunya pemindahan besar-besaran serta bilangan buruh paksa yang juga kabur. Sebilangan mangsa terbakar mayatnya sehingga sukar dicam atau mayatnya dilupuskan dalam pembakaran besar-besaran. Catatan anggota tentera turut musnah dan ramai keluarga dikorbankan keseluruhannya, maka kurangnya orang yang mampu melaporkan bilangan yang terkorban. Menurut kebanyakan anggaran, pengeboman Hiroshima membunuh kira-kira 70,000 orang akibat kesan serta-merta letupan itu. Anggaran bilangan yang terkorban menjelang akhir tahun 1945 diberi daripada 90,000 hingga 140,000 akibat terbakar, penyinaran dan penyakit yang menyusul di samping diburukkan oleh kesuntukan sumber perubatan. Sesetengah anggaran mencatat sebanyak 200,000 orang mati menjelang tahun 1950 akibat penyakit barah dan kesan jangka panjang yang lain. Bilangan untuk Nagasaki lebih rendah kerana muka bumi di sana mengurangkan impak pengeboman dengan bilangan yang terkorban serta-merta dianggarkan daripada 40,000 hingga 75,000 orang. Di kedua-dua bandaraya, kebanyakan besar mangsa yang terkorban merupakan rakyat biasa. Peranan pengeboman dalam penyerahkalahan Jepun, serta juga kesan dan justifikasinya, banyak dilibatkan dalam perdebatan.