Čeprav ni uradnih definicij različnih generacij jedrskega orožja, zgodovinarji in analitiki za nadzor orožja pogosto prepoznajo štiri splošne kategorije, od katerih vsaka predstavlja bistven tehnološki napredek v primerjavi z zadnjo. Države, ki razvijajo jedrsko orožje, ponavadi razvijajo vsako stopnjo po vrsti in le redko preskočijo stopnje, razen občasno prve. Te stopnje so 1) cepitvene bombe tipa pištol, 2) implozijske cepitvene bombe, 3) fuzijske bombe in 4) MIRV (večkrat neodvisno ciljno vozilo za ponovni vstop) dostavljeno jedrsko orožje. Upoštevajte, da za to shemo ni enotnega organizacijskega načela; razlikovanje med prvim in drugim temelji na metodi detonacije, drugo in tretjo po vrsti bombe, tretjo in četrto pa po uporabljenem sistemu dostave.
Jedrsko orožje prve generacije je bilo prvotno razvito v ZDA v letih 1939-1945 pod okriljem strogo tajnega projekta Manhattan. Konstrukcija bombe v obliki pištole pomeni, da je njen princip delovanja en kos obogatenega urana, ki se izstreli na drugega kot top. Ko se dve enoti urana združita, dosežeta kritično maso in sprožita jedrsko verižno reakcijo. Rezultat je jedrska eksplozija, kot je bila tista, ki je med drugo svetovno vojno ubila 140,000 ljudi med atomskim bombardiranjem Hirošime.
Jedrsko orožje implozijskega tipa izboljšuje učinkovitost orožja pištolnega tipa, tako da obdaja uran s kroglo eksplozivnih leč, ki so zasnovane tako, da svojo energijo usmerjajo navznoter in stiskajo uran. Rezultat je, da se več urana porabi v verižni reakciji, namesto da bi se razpihnil brez cepitve, kar ima za posledico večji izkoristek. Združene države so razvile jedrsko orožje implozijskega tipa le malo po prvem jedrskem orožju pištolnega tipa. Jedrska bomba, ki je bila odvržena na Nagasaki le tri dni po bombardiranju Hirošime, je temeljila na implozijskem dizajnu, ki je omogočil, da je bila bolj kompaktna in lažja.
Kljub postopnim izboljšavam fisijskega orožja, kot je uporaba majhne fuzijske reakcije za povečanje donosa, naslednji velik korak navzgor pri uničevanju jedrskega orožja doseže fuzijska bomba ali vodikova bomba. Namesto da bi cepila (razbila) uranova ali plutonijeva jedra, fuzijska bomba zlije skupaj lahke elemente (vodik) in sprosti odvečno energijo pri eksploziji. To je isti proces, ki poganja Sonce. Večina sodobnega jedrskega orožja je fuzijskega tipa, saj so doseženi izkoristki veliko višji od najboljšega fisijskega orožja.
Po izdelavi številnih fuzijskih bomb ni bilo več korakov, ki bi jih bilo mogoče narediti za povečanje donosa tega orožja, zato se je poudarek preusmeril na razvoj načinov dostave, ki se jim potencialni sovražnik ne bi mogel zoperstaviti. To je privedlo do razvoja dostave MIRV, pri čemer se iz ozračja izstreli balistična raketa z jedrsko konico, pri čemer izpusti 6-8 neodvisno ciljnih vozil za ponovno vstop, ki padajo na sosednje cilje. Ker ta vozila za ponovno vstopanje z jedrskimi konicami potujejo z ekstremnimi hitrostmi, približno 23 Mach, je njihovo blokiranje ali preusmeritev v bistvu nemogoče s trenutnimi tehnologijami.