פצצה גרעינית היא נשק נפץ המשתמש בתגובות גרעיניות, באמצעות ביקוע גרעיני או היתוך. נשק זה יכול לשחרר כמויות עצומות של אנרגיה, גרימת הרס נרחב ומוות מכמות קטנה של חומר.
נשק גרעיני פותחו לראשונה והשתמשו בו במהלך מלחמת העולם השנייה. רוברט אופנהיימר הוביל צוות מדעי שפיתח את הנשק הגרעיני הראשון. כלי נשק אלה הם הרסניים ביותר, ולפצצה אחת יש את היכולת להרוג מיליוני בני אדם ולהרוס ערים שלמות.
פעולת הנשק על ידי שחרור האנרגיה המאוחסנת בגרעין האטומים; כמויות עצומות של אנרגיה ניתן לשחרר כמות קטנה יחסית של חומר. ישנם שני סוגים של נשק גרעיני: ביקוע תרמו-גרעיני. פצצות ביקוע לשחרר אנרגיה באמצעות תגובות הביקוע שבו גרעינים כבדים מחולקים גרעינים קלים, שחרור אנרגיה. פצצות מימן גרעיניות (הידועות גם בשם פצצות מימן או פצצות H) משתמשות הן בתהליכי ביקוע והן בהיתוך. תגובות הביקוע משמשים כדי להפעיל את התגובות היתוך. התגובה היתוך הוא שם שני גרעינים אור משולבים יחד כדי ליצור גרעין כבד. רוב כלי הנשק התרמו-גרעיניים המודרניים משתמשים בתגובה בין שני איזוטופים של מימן: דאוטריום וטריטיום. רוב כלי הנשק המודרניים הם תרמו-גרעיניים, שכן הם יעילים יותר.
עד כה, שני נשק גרעיני שימשו בזמן מלחמה, הן על ידי ארצות הברית. לקראת סוף מלחמת העולם השנייה הוטלו שתי פצצות בערים הירושימה ובנגסקי. הפצצות אלה גרמו למותם של 120 אלף איש, רובם אזרחים. הפצצה שהוטלה על הירושימה היתה בעלת ההשפעה המפיצה של 15,000 טון של TNT, שהביאה ל -70% מהבניינים שנהרסו בעיר. תשעים אחוזים של אנשים בתוך 500 מטר של הפיצוץ מתו כוויות קשות או מינון גבוה של קרינה בתוך שלושה שבועות. אלה ששרדו את ההתקפה היו בסיכון גבוה יותר לסרטן מאשר אלה שלא היו בערים. השימוש בפצצות אלה הביא לסיומה של מלחמת העולם השנייה, אך השימוש בהם עדיין נדון בהרחבה.
מחוזות המחזיקים בנשק גרעיני הם בעיקרם כגורמים מרתיעים. רק נשק גרעיני והאיום בשימוש בהם נחשב מספיק כדי למנוע מדינה מלהתקוף. כיום יש תשע מדינות שחשבו בנשק גרעיני, עם רוסיה וארצות הברית יש את רוב הנשק. מדינות רבות וארגונים בינלאומיים, כמו האו"ם, קוראים לצמצם את מספר הנשק הגרעיני, או אפילו לפרק נשק בינלאומי מלא.