Ydinaseita on kahta päätyyppiä, jotka on luokiteltu niiden toimintamekanismin mukaan: halkeamispommit, jotka hajottavat raskaat atomiytimet ja vapauttavat energiaa, ja fuusiopommit, jotka sulauttavat kevyet ytimet. Fuusiopommit ovat yleensä paljon tehokkaampia. Näiden ydinaseiden luokkien sisällä on pieniä muunnelmia: esimerkiksi suolattu pommi ympäröi materiaalikerrosta, joka voi muuttua erittäin radioaktiiviseksi neutronipommituksen avulla, ja fissio-tehostetut aseet ovat ydinaseita, jotka fissioista huolimatta hyödyntävät fuusioreaktioita saannon lisäämiseksi. Neutronipommit tai tehostetut säteilyaseet ovat fuusioaseita, jotka on suunniteltu lähettämään voimakasta neutronisäteilyä ja tappamaan kaiken elämän tietyllä alueella, mutta vahingoittamaan vähemmän rakennuksia.
Useimmat ydinasevariantit on suunniteltu siten, että niillä on laaja valikoima saantoja ja kokoja eri sovelluksiin. Kaikkien aikojen pelottavin ydinase oli Tsar Bomba, Neuvostoliiton fuusiopommi, jonka räjähtävä voima oli 50 megatonnia TNT: tä. Alun perin sen tuotto oli 100 megatonnia, mutta tätä pienennettiin laskeutumisongelmien vuoksi. Sitä vastoin pienimmillä ydinaseilla, kuten joillakin Nevadan testipaikalla Plumbbob -operaatiolle testatuilla, saatto voi olla niinkin alhainen kuin pelkkä tonni TNT: tä tai vähemmän. Pienin käyttöönottoa varten massatuotantona valmistettu ydinase oli Davy Crockettin taistelukärki, joka on suunniteltu jalkaväen laukaisuun pienistä uudelleen sijoitettavista laasteista. Se lähetettiin Saksaan suojautumaan Neuvostoliiton hyökkäykseltä Eurooppaan.
Varhaisimmat ydinaseiden mallit mallinnettiin pienten aseiden mukaan, jotka ampuivat erittäin rikastetun uraanin pallonpuoliskon toiselle saman pallonpuoliskolle, käynnistäen ydinreaktion ja sen seurauksena lämmön ja valon vapautumisen suurina määrinä. Moderneissa malleissa käytetään räjähdyskokoonpanoja, joissa segmentoidun uraanin palloja ympäröivät kemialliset räjähteet, jotka kaikki räjähtävät samanaikaisesti, keskittäen uraanin keskelle ja käynnistämällä ketjureaktion.
On mahdollista valmistaa leivänpaahtimen kokoisia ydinaseita, jotka ovat melko pieniä. Koska erittäin suuret ydinaseet aiheuttavat lisävahinkoa laskeuman muodossa ja niiden saanto on pienentynyt, koska suurin osa uraanista puhalletaan erilleen ilman halkeamista, armeija suosii pieniä ja keskisuuria ydinaseita. Keskitytään enemmän toimitustapaan. Ennen kuin ne poistettiin käytöstä vuonna 2005, maailman pelottavin ydinaseiden toimitusmenetelmä oli amerikkalainen LGM-118A Peacekeeper -ohjus. Se sisälsi 10 paluuautoa, joista jokaisella oli 25 kertaa tehokkaampi ydinkärki kuin Hiroshiman polttaneella pommilla. Yksi näistä voisi tuhota hyvin laajan maa -alueen.