Mažiausias visuomenei žinomas branduolinis ginklas buvo W54, 10.6 colio x 15.7 colio (27.3 x 40 cm) cilindras, kuris svėrė tik 51 svarą (23 kg). W54 buvo naudojamas tiek Davy Crockett beatatrankiniame šautuve (branduolinis skiedinys sausumos kariuomenei), tiek Mk-54 SADM (specialusis atominis griovimo šaudmenis), rankiniu būdu pristatomoje branduolinėje bomboje, skirtoje atakuoti priešo uostus. W54 prototipas, išbandytas per operaciją „Hardtack“ 1954 m., buvo dar mažesnis – vos 10.6 colio x 11.8 colio (27 x 30 cm), artimas daugeliui branduolinių mokslininkų manymu, teoriškai mažiausiam branduoliniam ginklui. Davy Crockett išeiga siekė 10–20 tonų – tyčia buvo maža, kad būtų saugūs jį šaudantys asmenys, o SADM – nuo 10 tonų iki 1 kilotonos.
Norint sukurti branduolinį ginklą, reikia kritinės skiliosios medžiagos masės ir važiuoklės ginklo tipo gaidukui arba sprogstamiesiems lęšiams. Kritinė plutonio masė yra apie 10.5 kg (23 svarai), 10.1 cm (4 colių) skersmens. To nepakanka norint pradėti daugybinę grandininę reakciją, tačiau ji sukuria pakankamai radiacijos, kad būtų mirtina, jei ją laikytumėte.
Norint sukurti grandininę reakciją, reikia tik šiek tiek padidinti plutonio kiekį – vos 10% virš kritinės masės pakanka sukurti 10–20 tonų našumo branduolinį ginklą, jau Davy Crockett kovinės galvutės diapazone. 20 % viršijant kritinę masę gaunama 100 tonų išeiga, o 35 % viršijus kritinę masę gali siekti 250 tonų. Mažiausių branduolinių ginklų derlius būtų kažkur šiame diapazone.
Visuomenė negali tiksliai žinoti, kas yra mažiausias branduolinis ginklas, nes jis tikriausiai yra įslaptintas. Sovietų Sąjunga dirbo su įvairiais branduoliniais ginklais, kurie lieka visiškai slapti, ir JAV taip pat, nors pastaruoju atveju yra daugiau skaidrumo. Vienas buvęs sovietų generolas Aleksandras Lebedas 1997 m. rugsėjį duodamas interviu naujienoms pareiškė, kad egzistuoja „lagaminų branduoliniai ginklai“, pradėdamas spėlioti, ar mažiausias branduolinis ginklas gali tilpti į 60 x 40 x 20 cm lagaminą. Bendras sutarimas yra tas, kad to pakaktų branduoliniam ginklui sukurti, ypač technologiškai sudėtingai šaliai. Tačiau konkrečių įrodymų tam yra mažai.