Atombumba darbojas, ierosinot kodola ķēdes reakciju, kas atbrīvo milzīgu enerģijas daudzumu salīdzinājumā ar parastajām sprāgstvielām. Uz tilpuma vienību atombumba var būt miljoniem vai miljardiem reižu jaudīgāka nekā TNT. Pirmais atomu sprādziens notika 16. gada 1945. jūlijā Alamogordo izmēģinājumu poligonā Ņūmeksikā, veicot izmēģinājumu ar nosaukumu Trinity. Tas tika izstrādāts īpaši slepenā Manhetenas projekta laikā, kuru vadīja ASV armijas ģenerālis Leslijs R. Grovs.
Kodolreakcijas notiek, kad neitroni tiek izšauti uz cieši sablīvētiem atomiem ar smagajiem kodoliem (urāna vai plutonija izotopiem). Šie smagie kodoli sadalās vieglākos kodolos, kad tos skar neitrons, savukārt ģenerējot vairāk neitronu, kas bombardē citus kodolus, radot ķēdes reakciju. Šis process ir pazīstams kā skaldīšana. (Cits process, kas pazīstams kā saplūšana, atbrīvo enerģiju, sapludinot kopā kodolus, nevis sadalot tos.) Sadalot pašus kodolus, nevis atbrīvojot enerģiju parastās ķīmiskās reakcijas ceļā, atombumbas var atbrīvot vairāk nekā 80 teradžoulus enerģijas uz kilogramu (TJ/). Kilograms).
Agrākajās bumbās ķēdes reakcija tika uzsākta, tikai nelielā kamerā vienu pret otru izšaujot divas augstas tīrības urāna izotopu puslodes. Atjauninātajos konstrukcijās urāna vai plutonija bumbas kodolu ieskauj sprādzienbīstamas lēcas, kas paredzētas kodola saspiešanai pēc detonācijas. Saspiestais kodols kļūst kritisks, uzsākot ķēdes reakciju, kas turpinās, līdz tiek sadalīti daudzi smagie kodoli.
Atombumba un tās brālēns ūdeņraža bumba, iespējams, ir bijuši spēcīgākie ieroči pasaulē kopš to radīšanas pirms daudziem gadu desmitiem. Lielas bumbas var iznīcināt veselas pilsētas. Tūkstošiem atombumbu ir uzspridzinātas, lai gan tikai divas ir izmantotas karadarbībā — abas izmantoja ASV pret Japānu Otrā pasaules kara laikā. Ir septiņas valstis, kas atklāti paziņo, ka tām pieder kodolieroči; ASV, Krievija, Apvienotā Karaliste, Francija, Ķīnas Tautas Republika, Indija un Pakistāna. Pasaulei šobrīd ir pietiekami daudz kodolspēju, lai cilvēku rase daudzkārt izzustu.