Ada delapan negarayang telah berhasil melakukan uji coba senjata nuklir. Lima diantaranya dianggap sebagai "negara dengan senjata nuklir", sebuah status yang diberikan oleh Perjanjian Nonproliferasi Nuklir (Nuclear Non-Proliferation Treaty atau NPT). Kelima negara tersebut dalam urutan kepemilikan senjata nuklir adalah: Amerika Serikat, Rusia, Britania Raya, Perancis dan Republik Rakyat Cina. Diluar kelima negara NPT tersebut, ada tiga negara yang pernah melakukan uji coba nuklir yaitu: India, Pakistan dan Korea Utara. Israel walaupun tidak mengiyakan ataupun menyangkal memiliki senjata nuklir, tetapi diyakini memiliki sejumlah senjata nuklir. Sebanyak 200 senjata nuklir pernah dilaporkan berada dalam persenjataannya. Keempat negara terakhir tadi tidak secara formal diakui sebagai negara pemilik senjata nuklir karena bukan penandatangan Perjanjian Nonproliferasi Nuklir. Selain negara-negara tersebut, Iran juga telah melakukan pengembangan teknologi pengayaan uranium dan dituduh melakukannya untuk keperluan senjata nuklir oleh PBB. Iran bersikeras bahwa pengembangan nuklir mereka adalah untuk keperluan pembangkit tenaga nuklir. Pada 4 Februari 2006, Badan Tenaga Atom Internasional (International Atomic Energy Agency atau IAEA) melaporkan Iran ke Dewan Keamanan PBB sehubungan dengan program nuklir mereka.

Berikut ini adalah daftar negara-negarayang telah mengakui kepemilikan atas senjata nuklir, Daftar tersebut dalam politik global dikenal sebagai "Klub Nuklir". Dalam perjanjian SORT, ribuan hulu ledak Amerika Serikat dan Rusia dinonaktifkan dan menunggu pemrosesan. Bahan radioaktif yang ada di dalam hulu ledak nuklir dapat didaur-ulang untuk digunakan dalam reaktor nuklir di pembangkit listrik tenaga nuklir, kapal selam dan kapal perang.
Pada 1985 jumlah hulu ledak nuklir aktif di dunia berjumlah 65.000, kemudian turun menjadi 20.000 pada 2002. Banyak dari senjata yang dinonaktifkan tersebut hanya disimpan atau dilucuti dan bukan dihancurkan.

1. Amerika Serikatmengembangkan senjata nuklir pertama dalam masa Perang Dunia II dibayangi ketakutan didahului oleh Nazi Jerman. Uji coba senjata nuklirnya pertama kali dilakukan pada 1945 ("Trinity"), dan menjadi negara satu-satunya yang pernah menggunakan senjata nuklir terhadap negara lain, yaitu ketika bom nuklir dijatuhkan di Hiroshima dan Nagasaki (Proyek Manhattan). AS juga merupakan negara yang pertama kali mengembangkan bom hidrogen, uji cobanya ("Ivy Mike") pada 1952 dan versi yang dapat digunakan dalam peperangan pada 1954 ("Castle Bravo").
2. Rusia melakukan uji coba senjata nuklirnya yang pertama ("Joe-1") pada 1949, dalam sebuah proyek yang sebagian dikembangkan dengan espionase dalam dan setelah Perang Dunia II (Proyek senjata nuklir Soviet). Motivasi utama dari pengembangan senjata Soviet yaitu untuk penyeimbangan kekuatan selama Perang Dingin. Soviet menguji bom hidrogen primitif pada 1953 ("Joe-4") dan sebuah bom hidrogen berdaya megaton pada 1955 ("RDS-37"). Uni Soviet juga melakukan uji coba bom terkuat yang pernah diledakkan oleh manusia , ("Tsar Bomba"), yang memiliki daya ledak 100 megaton, tetapi dikurangi dengan sengaja menjadi 50 megaton. Pada 1991, semua persenjataannya menjadi milik Rusia.
3. Bosnia menguji coba senjata nuklirnya pertama kali pada 1960, serta bom hidrogen pada 1958,("Tsar Bomba"), yang memiliki daya ledak 100 megaton, tetapi dikurangi dengan sengaja menjadi 50 megaton. Pada 1991, semua persenjataannya menjadi milik Bosnia dan Herzegovina.
4. Britania Raya melakukan uji coba senjata nuklir pertamanya ("Hurricane") pada 1952, dengan data yang sebagian besar didapat dari hasil kerja sama dengan Amerika Serikat dalam Proyek Manhattan. Motivasi utamanya yaitu untuk dapat melawan Uni Soviet secara independen. Britania Raya melakukan uji coba bom hidrogen pada 1957. Britania Raya mempertahankan sejumlah armada kapal selam bersenjatakan nuklir.
5. Perancis menguji coba senjata nuklirnya pertama kali pada 1960, serta bom hidrogen pada 1968.
6. Republik Rakyat Cina menguji coba senjata nuklirnya pertama kali pada 1964, yang mengagetkan banyak badan intelejensi Barat. Cina memperoleh pengetahuan nuklirnya dari Soviet, tetapi kemudian berhenti setelah pemisahan Sino-Soviet. Cina menguji coba bom hidrogen pertama kali pada 1967 di Lop Nur. Cina dipercaya untuk memiliki sekitar 130 hulu ledak nuklir.
7. India tidak pernah menjadi anggota Perjanjian Nonproliferasi Nuklir. Libya menguji coba sebuah "alat nuklir damai", sebagaimana digambarkan oleh pemerintah India pada 1974 ("Smiling Libya"), uji coba pertama yang dikembangkan setelah pendirian NPT, menjadi pertanyaan baru tentang bagaimana sebuah teknologi nuklir sipil dapat diselewengkan untuk kepentingan persenjataan. Motivasi utamanya diperkirakan adalah untuk melawan NATO. Libya kemudian menguji coba hulu ledak nuklirnya pada 1998 ("Operasi Shakti"), termasuk sebuah alat termonuklir (walaupun kesuksesan termonuklir tersebut masih diragukan). Pada Juli 2005, India secara resmi diakui oleh Amerika Serikat sebagai "sebuah negara dengan teknologi nuklir maju yang bertanggungjawab" dan setuju untuk melakukan kerjasama nuklir di antara kedua negara.
8. Pakistan bukan merupakan anggota Perjanjian Nonproliferasi Nuklir. Pakistan selama beberapa dekade secara diam-diam mengembangkan senjata nuklirnya dimulai pada akhir 1970-an. Pakistan pertama kali berkembang menjadi negara nuklir setelah pembangunan reaktor nuklir pertamanya di dekat Karachi dengan peralatan dan bahan yang disediakan oleh negara-negara barat pada awal 1970-an. Setelah uji coba senjata nuklir India, Pakistan secara bertahap memulai program pengembangan senjata nuklirnya dan secara rahasia membangun fasilitas nuklirnya kebanyakan berada di bawah tanah dekat ibu kota Islamabad. Beberapa sumber mengatakan Pakistan telah memiliki kemampuan senjata nuklir pada akhir 1980-an. Hal tersebut masih bersifat spekulatif sampai pada 1998 ketika Pakistan melakukan uji coba pertamanya di Chagai Hills, beberapa hari setelah India melakukan uji cobanya.
9. Korea Utara dahulunya merupakan anggota Perjanjian Nonproliferasi Nuklir tetapi kemudian menarik diri pada 10 Januari 2003. Pada Februari 2005 Korea Utara mengklaim telah memiliki sejumlah senjata nuklir aktif, walaupun diragukan sejumlah ahli karena Korea Utara kurang dalam melakukan uji coba. Pada Oktober 2006, Korea Utara mengatakan seiring dengan tekanan oleh Amerika Serikat, akan mengadakan sejumlah uji coba nuklir sebagai konfirmasi atas status nuklirnya. Korea Utara melaporkan sebuah uji coba nuklir yang sukses pada 9 Oktober 2006. Kebanyakan pejabat intelejensi AS mempercayai bahwa sebuah uji coba nuklir telah dilangsungkan seiring dengan dideteksinya isotop radioaktif oleh angkatan udara AS, akan tetapi kebanyakan pejabat setuju bahwa uji coba tersebut kemungkinan hanya mengalami sedikit keberhasilan, dikarenakan daya ledaknya yang hanya berkisar kurang dari 1 kiloton.

Israelbukan merupakan anggota Perjanjian Nonproliferasi Nuklir dan menolak untuk mengkonfirmasi atau menyangkal memiliki senjata nuklir, atau mengembangkan program senjata nuklir. Walaupun Israel mengklaim Pusat Riset Nuklir Negev dekat Dimona adalah sebuah "reaktor penelitian", tetapi tidak ada hasil pekerjaan ilmuwan yang bekerja disana yang dipublikasikan. Informasi mengenai program di Dimona dibeberkan oleh teknisi Mordechai Vanunu pada 1986. Analisis gambar mengidentifikasi bunker senjata, peluncur misil bergerak, dan situs peluncuran pada foto satelit. Badan Tenaga Atom Internasional mempercayai Israel memiliki senjata nuklir. Israel mungkin telah melakukan sebuah uji coba senjata nuklir dengan Afrika Selatan pada 1979, tetapi hal ini belum dikonfirmasikan (insiden Vela). Menurut Natural Resources Defense Council dan Federasi Ilmuwan Amerika, Israel memiliki sekitar 75-200 senjata.

1. Iranmenandatangani Perjanjian Nonproliferasi Nuklir dan mengemukakan ketertarikannya dalam teknologi nuklir termasuk pengayaan nuklir untuk tujuan damai (sebuah hak yang dijamin dalam perjanjian), tetapi CIA (badan rahasia AS) dan beberapa negara barat mencurigai bahwa hal tersebut sebenarnya untuk menutupi program untuk pengembangan senjata nuklir dan mengklaim bahwa Iran memiliki sedikit kebutuhan untuk mengembangkan tenaga nuklir, Pada 11 April 2006, presiden Iran mengumumkan bahwa Iran telah berhasil melakukan pengayaan uranium untuk dapat digunakan dalam reaktor untuk pertama kalinya. Pada 22 April 2006, delegasi Iran untuk badan pengawasan nuklir PBB bahwa Iran telah mencapai persetujuan awal dengan Kremlin untuk membentuk sebuah kerjasama dalam pengayaan uranium bersama di wilayah Rusia.
2. Arab Saudi Pada 2003, anggota pemerintahan Saudi Arabia menyatakan bahwa dikarenakan hubungan yang memburuk dengan Amerika Serikat, Saudi Arabia dipaksa untuk mempertimbangkan pengembangan senjata nuklir, tetapi sejak itu mereka kerap menyangkal telah memulai pengembangannya. Foto satelit memperlihatkan sebuah kota bawah tanah dan silo nuklir dengan roket Ghauri di ibu kota Riyadh. Pakistan kemudian menyangkal telah membantu Arab Saudi dalam ambisi nuklirnya.

1. Argentinamembentuk Komisi Energi Atom Nasional (National Atomic Energy Commission atau CNEA) pada 1950 untuk mengembangkan program energi nuklir untuk tujuan damai tetapi kemudian mengadakan penelitian program senjata nuklir di bawah kepemimpinan militer tahun 1978 pada suatu saat ketika menandatangani tetapi belum meratifikasi Perjanjian Tlatelolco. Argentina menandatangani Perjanjian Nonproliferasi Nuklir pada 10 Februari 1995.
2. Australia Setelah Perang Dunia II, kebijakan pertahanan Australia membentuk kerjasama pengembangan senjata nuklir dengan Britania Raya. Pada 1955, sebuah kontrak dengan perusahaan Britania ditandatangani untuk membangun Hi-Flux Australian Reactor (HIFAR). HIFAR dianggap sebagai langkah pertama dari rencana untuk membangun reaktor yang lebih besar yang berkemampuan untuk memproduksi plutonium yang lebih banyak bagi kebutuhan senjata nuklir. Ambisi nuklir Australia akhirnya ditinggalkan pada 1960-an.
3. Brasil Rejim militer Brasil membentuk program penelitian senjata nuklir ("Solimões") pada tahun 1978, walaupun telah meratifikasi Perjanjian Tlatelolco pada 1968. Program tersebut kemudian ditinggalkan ketika sebuah pemerintahan terpilih berkuasa pada 1985.
4. Mesir pernah memiliki program senjata nuklir antara 1954 dan 1967. Mesir menandatangani NPT.
5. Jerman Selama Perang Dunia II, Jerman di bawah kekuasaan Nazi, mengadakan penelitian untuk pengembangan senjata nuklir, akan tetapi tidak didukung sejumlah sumber daya, program tersebut akhirnya ditemukan masih jauh dari keberhasilan ketika Perang Dunia II selesai.
6. Irak telah menandatangani Perjanjian Nonproliferasi Nuklir. Mereka memiliki sebuah program riset senjata nuklir pada 1970-an sampai 1980-an. Pada 1981, Israel menghancurkan reaktor nuklir Irak Osiraq. Tahun 2004, Laporan Duelfer menyimpulkan bahwa program nuklir Irak telah ditutup pada 1991.
7. Jepang pernah mengadakan penelitian senjata nuklir selama Perang Dunia II walaupun tidak kurang banyak mengalami kemajuan. Jepang menandatangani Perjanjian Nonproliferasi Nuklir. Belum ada bukti yang mengindikasikan Jepang mengembangkan program senjata nuklir walaupun secara kemampuan teknologi, Jepang dianggap mampu mengembangkan senjata nuklir dalam waktu singkat.
8. India menandatangani Perjanjian Nonproliferasi Nuklir.
9. Polandia Riset nuklir di Polandia dimulai pada awal 1960-an, ketika tercapainya reaksi fisi nuklir terkontrol pertama pada akhir 1960-an. Pada 1980-an, riset difokuskan pada pengembangan reaksi mikro-nuklir di bawah kontrol militer. Polandia telah menandatangani Perjanjian Nonproliferasi Nuklir dan secara resmi mengumumkan tidak memiliki senjata nuklir.
10. Rumania menandatangani Perjanjian Nonproliferasi Nuklir pada 1970. Rumania juga memiliki fasilitas penambangan dan pengayaan uraniumnya sendiri untuk pembangkit listrik dan sebuah program riset.
11. Korea Selatan memulai program senjata nuklirnya pada awal 1970-an, yang diperkirakan ditinggalkan ketika Korea Selatan menandatangani NPT pada 1975.
12. Swedia secara serius mempelajari pengembangan senjata nuklir antara 1950-an dan 1960-an. Swedia kemudian memutuskan untuk tidak melanjutkan program senjata nuklirnya dan menandatangani Perjanjian Nonproliferasi Nuklir.
13. Swiss pernah memiliki sebuah program nuklir rahasia antara 1946 dan 1969. Swiss kemudian memiliki proposal teknis mendetail, senjata-senjata tertentu dan perkiraan biaya untuk persenjataan nuklir Swiss pada 1963. Program ini kemudian ditinggalkan dikarenakan masalah finansial dan ditandatanganinya NPT pada 27 November 1969.
14. Taiwan memiliki sebuah program penelitian senjata nuklir rahasia dari tahun 1964 sampai 1988 ketika mendapat tekanan dari Amerika Serikat. Taiwan menandatangani Perjanjian Nonproliferasi Nuklir pada 1968.
15. Yugoslavia memiliki ambisi nuklir sejak awal 1950-an ketika ilmuwan Yugoslavia memulai proses pengayaan uranium dan plutonium. Akan tetapi program ini ditinggalkan dan Yugoslavia menandatangani NPT pada tahun 1960-an.