核軍備競賽

第二次世界大戰

為了對付軸心國，美國的曼哈頓計劃於第二次世界大戰期間完成史上第一件核武器.當時與美國結盟的蘇聯，開始向開發核武的可行性進行了初步研究.
美國政府並未向蘇聯正式公開美國的實驗結果。直至1945年的波茨坦會議上，史達林才被知會美國不相信蘇聯能夠把實驗保持機密，而不泄露給德國間諜；更不相信和蘇聯的用心。即使於戰爭時，很多政界人士和軍中領導均指出蘇聯將會是一個潛在的對手。
除此之外，蘇聯的間諜亦一連串滲透美國核計劃。這些核間諜（包括克勞斯·富克斯（Klaus Fuchs）和西奧多·霍爾（Theodore Hall））使史達林得以清楚知道美國的發展。時任美國總統的杜魯門在通知史達林關於核武的事的時候，他對史達林的冷靜驚訝萬分，認為史達林甚至不知道他在說甚麼。但事實上史達林對美國的計劃已經有了長時間的了解。諷刺的是杜魯門在就任總統前，對美國的核武計劃一無所知，因此史達林其實比杜魯門自己還要早知道曼哈頓計劃的存在。
1945年8月，在杜魯門的授權下，美軍向日本投放原子彈。兩架B-29軍炸機分別於廣島和長崎投下小男孩原子彈和胖子原子彈。

冷戰早期

二戰結束後的頭幾年，美國一直在核武的知識和至為重要的原料上稱霸。起初，科學家認為鈾元素的蘊藏量十分低，但後來卻發現了並不如此。當美國以為可以透過這樣的獨特優勢來令蘇聯屈服，但並不成功。蘇聯政府默默的大力研發他們自己的核武器。戰時蘇聯因為缺乏鈾而令核武器發展受阻。但隨著東歐的穩定供應，他們獲得了本土的來源。當美國的智囊認為蘇聯直到1950年代的中期也不可能發展出核武器的時候，蘇聯於1949年的8月29日引爆第一枚試爆，震驚全世界。核彈的設計（西方稱這個核彈為"Joe One"）大概是從胖子原子彈中抄襲過來的。
各國政府投放大量資源去增加核武的數量和質量，而且開始研究氫彈，由美國首先於1952年11月1日試爆。同樣的蘇聯對於美國的能引爆可服役的熱核武器感到驚訝，他們要到翌年8月才成功，而且直到1955年才能成功研發"真正"多階段式氫彈。蘇聯的氫彈差不多全是自主的研究的結果，因為當時在美的間諜取得的都是十分基本，甚至是錯誤的氫彈版本。
1950年在投射方面最重要的發展是ICBM的投入使用。飛彈一直被認為是核武理想的平台，也是潛在地比冷戰初期主要投射手段的戰略轟炸機更有效的投射系統。隨著1957年10月4日史普尼克計畫的開始，蘇聯向世界展示了他們有能夠擊中世界任何地方的飛彈。美國則在1959年10月31日發射了他們自己的。太空競賽展示了對核子武器投射（ICBM助推火箭）相當重要的科技，儘管他們保持著為了科學與探索的良善面貌。
這段時期同時也顯現出兩國想要對抗核子武器攻擊的意圖，兩方強權建造了大型的雷達天線來偵測來襲的轟炸機與飛彈。用於對抗轟炸機的戰鬥機以及對ICBM的反彈道飛彈也發展了。大型地下碉堡被建築出來以保全這些超級強權領導人的性命，而大眾則被告知要建造輻射塵避難所，並被教導在遭遇核子攻擊時該如何反應（民防）。這些炸彈在任一方的一次攻擊中就能奪去上百萬人的性命。

初步的核子擴散

除了美國和蘇聯以外，英國、中國以及法國也發展出小的多的核武器庫存。
1952年10月3日，英國在澳洲的颶風行動中成功引爆原子彈後，就成為了第三個擁有核武器的國家。冷戰期間，英國的核嚇阻力量來自潛艇以及裝有核武器的戰機。決心級核潛艇裝備美製的北極星飛彈，而火神戰略轟炸機、美洲豹攻擊機龍捲風戰機、以及其他英國皇家空軍的攻擊機則攜帶WE.177核彈提供了空中的嚇阻力。
1960年1月13日，法國在當時還是殖民地的阿爾及利亞的藍色跳鼠計畫中成功引爆核彈後，就成為了第四個擁有核武器的國家。在冷戰期間，法國核子嚇阻著重於Force de Frappe，這是一個由攜帶諸如AN-22無導引炸彈和視距外ASMP飛彈的達梭幻象IV式轟炸機、Pluton及Hades彈道飛彈、再加上裝備戰略核子飛彈的可畏級潛艇構成的三位一體核子武力。
中國在1964年10月16日成功引爆一枚測試代號596的鈾-235炸彈後，成為了第五個有核子力量的國家。由於中蘇之間的緊張關係，在美蘇兩國之間爆發核子戰爭的時候中國可能會對美國或蘇聯使用核武。在冷戰期間，中國的核子嚇阻武力包含了由轟-6搭載的無導引炸彈、如東風-2、東風-3和東風-4飛彈系統，而在冷戰後期則有夏級潛艇。

緩和

1970年代，軍備競賽使雙方均出現經濟困難，加上中國的新角色和在裁減軍備驗証能力上的提升，促使多個軍備管制協議的簽訂。這個時期使雙方都可以減少於武器系統上的支出。第一和第二階段的戰略武器限制談判均限制了雙方的武器庫存量。部分禁止核試驗條約則禁止了核試驗、反彈道導彈系統和太空武器，從而希望停止核軍備競賽的擴張。
這些條約其實並不完全成功。兩國依舊製造大量的核武，新武器技術（例如多目標重返大氣層載具）限制了這些條約的效用，兩大強權依舊保留了足以毀滅對方多次的能力。

雷根和戰略防禦計劃

隨著卡特總統的任期完結，隆納·雷根接任總統。美國放棄裁軍，反而透過製造新武器和反武器系統來開展新一場的軍備競賽。其中最重要的，就是戰略防禦計劃。它是一個太空的反彈道導導彈系統，故有星球大戰計劃這個外號。於1980年代的後半期，蘇聯經濟岌岌可危，不能再在軍費上與美國相比。戈巴契夫曾透過一系列的談判，企圖與雷根政府在裁減核武庫存上達成共識

冷戰後

隨著冷戰的結束，美國和俄羅斯開始制止核武的擴散（特別是俄羅斯）。兩國均減少了新系統的研發和軍火庫的核武存量。現時，兩國均仍然存放約兩千枚核彈。而在美國，儲備管理計劃負責管理老化的核武器
至於蘇聯，冷戰結束後，原本大量投放於研發核武器的資源和資金，則轉移到修補過往因核軍備競賽而導致的環境破壞，而以往的核武工廠就正正是最主要的清理點。在美國，在華盛頓州漢福特（Hanford）的鈈生產設施，和在科羅拉多州 Rocky Flats 的製造設施就是當中污染最重的地方。
1995年出版的《Essentials of Post-Cold War Deterrence》指出美國政府對這批核武的政策和方略。
除了清理鈾元素的工廠外，在猶他、科羅拉多、新墨西哥和亞利桑那四州交匯的納瓦霍族保留地亦是受嚴重污染的地區。數以百計廢棄的礦場仍未被妥善清理，威脅當地納瓦霍族社群的健康。
進入21世紀後，美俄兩國的核武器總量遠小於冷戰時期，但美俄的核武數量還是遠多於其他有核國家。

印度及巴基斯坦

南亞國家印度及巴基斯坦在核軍備上亦有競爭。在1974年時印度以和平核能爆破（Peaceful nuclear explosions）為名義於塔爾沙漠進行了微笑佛陀（Smiling Buddha）核試驗，從1974年第一次核武器測試到1988年為止，印度藉由20多次於大氣中進行的和平核能爆破方式來測試能於軍事上應用的核武器技術。巴基斯坦本身並未簽署《不擴散核武器條約》，在受到鄰國印度核武器測試的威脅後巴基斯坦從1970年代中後期開始便暗中發展核武器，最終於1998年5月28日時於俾路支省查蓋縣的拉斯島山（Ras Koh Hills）進行了賈蓋-I核試驗，而成為世界上第七個成功開發並且測試核武器的國家。但印巴兩國在1998年後便未再進行過核試驗。

北韓

北韓於1974年加入國際原子能機構，隨後於1985年加入《不擴散核武器條約》，1992年簽訂《保障監督協定》，接受國際原子能機構的監督並多次接受其核查。
在最高峰與美國簽訂了朝美框架協議，美國同意用重油和兩座核電廠換取北韓放棄核武，但是小布希總統上台後採取邪惡軸心的對抗政策，由於北韓認為美國與南韓的補償措施未能到位，2006年10月9日不顧國際社會的反對，進行了核試驗成功。
2018年4月21日，朝鮮勞動黨委員長金正恩宣布朝鮮將停止核武器和彈道飛彈試驗，後邀請中國、美國、英國、俄羅斯、韓國五國記者前往豐溪里報導朝鮮政府將位於該地的核試驗場爆破摧毀。

以色列

一般相信，以色列擁有大量的核武和利用中距離導彈發射核彈頭的能力。但以色列政府一直拒絕向承認或否認他們是否真的有核武的計劃，反而非正式地執行一個聽起來模稜兩可的政策，就是「以色列不會是中東地區最先引進核武的國家」。一般都相信，以色列是其中一個擁有核武但沒有簽署核不擴散條約的國家（另外三個是印度、巴基斯坦和北韓）。在一個2006年12月的訪問中，以色列總理艾胡德·奧爾默特稱伊朗有意「好像和美國、法國、以色列和俄羅斯一樣擁有核武」。奧爾默特的辦公室隨後稱這樣的引述段章取義，偏離了前文後理，奧爾默特在訪問中從來沒有承認或否認以色列核武的狀態。根據核武威脅計畫（Nuclear Threat Initiative）基於莫迪凱·瓦努努的資料顯示，以色列於1980年時擁有約二百枚核子爆炸裝置，和一個名叫耶利哥（Jericho）的飛彈發射系統。