Fizyon tipi çekirdek tepkimesine dayalı atom bombalarında yüksek zenginlikte (saflıkta) Uranyum (235U) veya Plütonyum (239Pu) kullanılır. Günümüzde üretilen bombalar daha çok plütonyum içeriklidir. Bu yüksek zenginlikte malzeme, zenginleştirme tesislerinden ya da nükleer reaktörlerden elde edilmektedir.

Zincirleme çekirdek tepkimesinin gerçekleşmesi için, ortamın kritik adı verilen seviyede ya da üstünde olması gerekmektedir. Bunun için de belli miktarda ki kütlenin belli bir hacimde olması gereklidir. Bu gereken en az kütleye kritik kütle, hacime de kritik hacim denir. Atom bombalarına kritik kütle sağlanacak miktarda malzeme konur fakat bu malzeme öyle bir dağınık yerleştirilir ki, kritik hacim şartı sağlanamaz ve bu sayede bomba beklerken ya da taşınırken tamamen güvenli bir şekilde durur.

Atom bombasında patlamanın gerçekleşmesi için nükleer malzeme dışında iki ayrı önemli bölüm daha vardır. Bunlardan biri tetiklemeyi yapacak olan fünye diyebileceğimiz parçadır. Genelde dinamit kullanılır. Bombanın patlaması için bu az miktardaki dinamit ilk olarak patlar ve patlamanın etkisi ile dağınık nükleer malzeme bir araya gelerek kritik hacme ulaşır. İkincisi ise nötron kaynağıdır. Artık kritik kütlede ve hacimde olan malzemede zincirleme çekirdek tepkimesini bu nötron kaynağından çıkan nötronlar başlatır ve bundan sonrası kontrolsüz bir biçimde devam eder ve patlama gerçekleşir. 1945 yılında Amerika Birleşik Devletleri'nin attığı bombalar Japonya'yı neredeyse yok etmiştir. Termonükleer bombanın bulunmasından sonra atom bombası taktik silahı olmuştur. Nükleer silahların üretimine başlanmasına neden olmuştur. İlk olarak Nazi Almanya'sına atılacaktı. Ama savaşta Almanya yenilince Japonya'ya atıldı.