Unter anderem ist die IAEO seit März 1970 auch zuständig für die Überwachung des Atomwaffensperrvertrages. Neben der Entsendung von Inspektoren, die weltweit etwa 2500 Überprüfungen vor Ort anstellen, bedient sich die IAEO mittlerweile auch der Satellitenüberwachung und ähnlicher Mittel, um die Einhaltung des Sperrvertrags zu kontrollieren. In das internationale Interesse rückte sie 1991 nach Beendigung des zweiten Golfkriegs, als sie im Irak erstmals auch Untersuchungen außerhalb der vertraglichen Selbstverpflichtung eines Unterzeichnerstaates anstellen durfte und dabei ein geheimes Atomwaffenprogramm enthüllte.