Branduolinius bandymus atliko aštuonios valstybės – JAV, Rusija, Jungtinė Karalystė, Prancūzija, Kinija, Indija, Pakistanas, Šiaurės Korėja ir galbūt Izraelis. Pirmąjį branduolinį bandymą „Trinity“ JAV atliko 16 m. liepos 1945 d. netoli Alamogordo, Naujojoje Meksikoje. Nuo to laiko dar mažiausiai aštuonios valstybės sukūrė branduolinius ginklus, penkios – JAV, Rusija, Jungtinė Karalystė, Prancūzija ir Kinija, kurios yra „branduolinio ginklo valstybių“ dalis, kaip nurodyta tarptautiniu mastu pripažintoje Branduolinio ginklo neplatinimo sutartyje.
Yra keturi pagrindiniai branduolinių bandymų tipai – atmosferinis, požeminis, egzoatmosferinis ir povandeninis. Kiekvienas iš jų turi skirtingus tikslus ir pranašumus. Pirmasis branduolinis bandymas buvo atmosferinis – 20 kilotonų TNT ekvivalento bomba buvo susprogdinta ant 20 m (67 pėdų) aukščio plieninio bokšto. Keletas Manheteno projekto mokslininkų nerimavo, kad bandymas uždegs atmosferą ir sunaikins viską Žemėje, tačiau tuometiniai skaičiavimai parodė, kad tai buvo itin maža tikimybė, ir, laimei, tai neįvyko. Šis pirmasis branduolinių bandymų atvejis sukėlė 200 metrų (656 pėdų) skersmens ugnies rutulį ir dykumoje paliko 3 metrų (10 pėdų) gylio ir 330 metrų (1,100 pėdų) pločio radioaktyvaus stiklo kraterį. Šio žalio stiklo, vadinamo Trinititu, gabalėliai laikomi vertingais kolekcionavimo daiktais.
Po atominių sprogdinimų Hirosimoje ir Nagasakyje atitinkamai 6 m. rugpjūčio 9 ir 1945 d., kiti branduoliniai sprogimai įvyko operacijos „Crossroads“ metu. Šis branduolinis bandymas, atliktas Bikini atole 1946 m. vasarą, parodė pirmąjį povandeninį sprogimą Baker ir kitą bandymą Able. Baker šūvis buvo naudojamas branduolinių ginklų poveikiui išbandyti keliuose dideliuose laivuose, kurių deniuose buvo manekenų. Šie laivai po bandymų tapo pavojingai radioaktyvūs ir buvo pirmasis ūmaus radioaktyvaus užteršimo branduoliniu ginklu pavyzdys.
Per ateinančius dešimtmečius branduolinės valstybės, ypač JAV, Rusija ir Kinija, atliko tūkstančius branduolinių bandymų. Rusija susprogdino pirmąją bombą 1949 m., po to Jungtinė Karalystė 1952 m., Prancūzija 1960 m., Kinija 1964 m., Indija 1974 m., Pakistanas 1998 m., o Šiaurės Korėja 2006 m. Izraelis ir (arba) Pietų Afrika galėjo atlikti branduolinį bandymą. atokioje saloje Indijos vandenyno pietuose 1979 m., tačiau tai ginčijama. 1970 m. Branduolinio ginklo neplatinimo sutarties valstybės narės susitarė tik po žeme atlikti branduolinius bandymus. 1990-aisiais dauguma branduolinių valstybių sustabdė bandymus. Vienintelis branduolinis sprogimas nuo 1998 m. buvo 9 m. spalio 2006 d. Šiaurės Korėjos bandymas, nors šios bombos našumas buvo mažas ir manoma, kad ji buvo „švyti“.