Atomipommi käynnistää ydinketjureaktion, joka vapauttaa valtavan määrän energiaa verrattuna tavanomaisiin räjähteisiin. Tilavuusyksikköä kohti atomipommi voi olla miljoonia tai miljardeja kertoja tehokkaampi kuin TNT. Ensimmäinen atomiräjähdys tapahtui 16. heinäkuuta 1945 Alamogordon testialueella New Mexicossa, Trinity -nimisen testin aikana. Se kehitettiin huippusalaisen Manhattan -hankkeen aikana, jota ohjasi kenraali Leslie R.Groves Yhdysvaltain armeijasta.
Ydinreaktioita esiintyy, kun neutroneja ammutaan tiiviisti pakattuihin atomeihin, joissa on raskaita ytimiä (uraani- tai plutoniumisotoopit). Nämä raskaat ytimet hajoavat kevyemmiksi ytimiksi, kun ne törmäävät neutroniin, jolloin syntyy enemmän neutroneja, jotka pommittavat muita ytimiä ja muodostavat ketjureaktion. Tätä prosessia kutsutaan fissioksi. (Toinen prosessi, joka tunnetaan fuusiona, vapauttaa energiaa sulattamalla ytimet yhteen sen sijaan, että hajottaisi ne toisistaan.) Hajottaen ytimet itse sen sijaan, että vapauttaisimme energiaa tavanomaisen kemiallisen reaktion kautta, atomipommit voivat vapauttaa yli 80 terajoulea energiaa kiloa kohti (TJ/ kg).
Varhaisimmissa pommeissa ketjureaktio aloitettiin yksinkertaisesti ampumalla kaksi puolipalloa erittäin puhdasta uraani-isotooppia toisiinsa pienessä kammiossa. Päivitetyissä malleissa uraani- tai plutoniumpommin ydintä ympäröivät voimakkaasti räjähtävät linssit, jotka on suunniteltu puristamaan ydin räjähdyksen yhteydessä. Puristettu ydin muuttuu kriittiseksi ja käynnistää ketjureaktion, joka jatkuu, kunnes monet raskaat ytimet on hajotettu.
Atomipommi ja sen serkku vetypommi ovat luultavasti olleet maailman tehokkaimmat aseet niiden luomisen jälkeen vuosikymmeniä sitten. Suuret pommit voivat tuhota kokonaisia kaupunkeja. Tuhansia atomipommeja on räjäytetty, vaikka vain kahta on käytetty sodankäynnissä – USA käytti molempia Japania vastaan toisen maailmansodan aikana. On seitsemän maata, jotka julistavat avoimesti ydinaseiden hallussapidon; Yhdysvallat, Venäjä, Iso -Britannia, Ranska, Kiinan kansantasavalta, Intia ja Pakistan. Maailmalla on tällä hetkellä riittävästi ydinvoimavaroja saada ihmiskunta sukupuuttoon sukupuuttoon.