放射性降下物
核爆発のあと、火球の熱で蒸発した核分裂生成物、未反応の核物質、および兵器の残留物は、凝縮し、直径10nmから20μmの微細な粒子となり、懸濁物をなす。これらの粒子はすぐに成層圏へ上昇し、特に爆発規模が10キロトンを超える場合は、気流によって拡散し、数週間、数ヶ月ないし数年後に地表へ漸次沈降する。これが世界規模の降下物となるのである。
地表に沈降した放射性物質は降雨などにより地下水へ移動し、これらを汚染する他、植物に栄養素の一部として取りこまれてこれらを汚染し、汚染された植物を食べた草食動物、及びこれらを捕食する肉食動物を汚染する。これを生物濃縮という。したがって世界規模の降下物によって生じる生物学的な影響は長期間続く。これらの放射性物質を含んだ食物を人間が摂取した結果、長寿命の放射性核種(ストロンチウム90、セシウム137のような)が体内に蓄積する恐れがあるためである。ストロンチウムは同族元素であるマグネシウムやカルシウムに性質が似ているため骨や代謝系に、セシウムは同族元素であるナトリウムやカリウムに性質が似ているため体液や筋肉にそれぞれ浸透し、そこから放たれる放射線によりダメージを受ける。
英国の作家ネビル・シュートのSF小説『渚にて』では、放射性降下物により死滅していく世界が著述されている。
核爆発は、火球の中のすべての物質を気化・プラズマ化させる。核爆発が地表に近かった場合には火球に触れた大地も同様になり、これが残留電離放射線に結合して降下物を生む。その残留電離放射線の発生源としては、主に核分裂生成物、核分裂に寄与しなかった核物質、中性子による放射化がある。
地表面または水面における爆発では、大量の土または水が火球の熱で蒸発し、レイリー・テイラー不安定性により放射性のキノコ雲となって上昇する。この物質は、凝縮するときに核分裂生成物やその他放射化した物質と結合する。地表/水面爆発により、直径100nm未満から数ミリメートルの大量の粒子と、地球的規模の降下物に寄与する非常に細かい粒子が生成される。大きい粒子は成層圏まで上昇しないので、局地的な降下物として、およそ24時間以内に地表に沈降する。広島で使用された核爆弾の場合、木造家屋や草木等の有機物の多い環境で爆発したため、核爆発によって直接、及び二次的に発生する火災などにより間接的に多量の煤(すす)が生じ、これらを含む粒子が核爆発や火災によって生じた気流の乱れから発生した局地的な降雨と共に地表に降り注いだ。これがいわゆる「黒い雨」である。
局地的降下物による深刻な汚染は、爆発、熱線よりもはるかに遠くまで届く。特に高エネルギーの地表爆発の場合には、爆発から発生した降下物の、地表での形状は、爆発の風下方向に細長くぼやけた楕円形になる。それは一回の爆発で長さ数百キロメートル、幅50キロメートルになることもある。放射線医学的に汚染された区域に人間がいた場合、こうした汚染が即時外部被曝をもたらし、また放射性汚染物を吸い込む、または飲み込むことによる内部被曝も起こりうる。