La bomba atomica (o bomba A) appartiene al novero delle armi nucleari ed è un ordigno esplosivo basato sulla reazione di fissione nucleare, cioè la scissione, spontanea o indotta, di un nucleo atomico in due o più frammenti più leggeri. La somma delle masse dei frammenti è inferiore alla massa del nucleo di partenza, la parte di massa mancante risulta trasformata in energia secondo la nota equazione di Einstein: E=mc² .

Nella seconda parte di questa reazione è indicato solo il decadimento più probabile; in realtà si formano anche frammenti aventi pesi diversi, la maggior parte dei quali instabili a loro volta, alcuni di loro estremamente pericolosi per l'ambiente e la salute umana (cesio-137, stronzio-90 e iodio-131 in primis) data la facilità con cui possono accumularsi nei tessuti degli esseri viventi. La reazione sopra scritta libera circa 215 MeV di energia principalmente sotto forma di raggi gamma e mediamente circa due neutroni che possono andare a collidere con un nucleo vicino innescando quindi una reazione a catena. Quando l'energia si propaga in una massa supercritica di sostanza fissile pura - uranio 235 o plutonio 239 - compressa in un volume, detto appunto "critico", tale che i neutroni emessi impattino i nuclei vicini, la reazione a catena procede incontrollata e produce una violenta esplosione. La reazione causata da 1 kg di uranio genera un'energia pari a 20.000 tonnellate di tritolo (20 chilotoni). Tenere tale reazione a catena sotto controllo attraverso sostanze capaci di assorbire i neutroni è il principio della pila atomica.
Il materiale fissile comunemente usato nelle bombe atomiche è il cosiddetto uranio arricchito. L'uranio presente in natura è una miscela del 99,3% circa di isotopo a peso atomico 238 e dello 0,7% circa di isotopo a peso atomico 235; dei due, solo l'ultimo è fissile. Per poterne accumulare una quantità sufficiente occorre quindi "arricchire" l'uranio del proprio isotopo 235. Tale "arricchimento" (di fatto, una separazione dell'isotopo 235 dall'isotopo 238) avviene convertendo l'uranio in esafluoruro di uranio (UF₆), gassoso, e sfruttando successivamente la diversa velocità di diffusione che contraddistingue ²³⁵UF₆ da ²³⁸UF₆ per separare i due isotopi.
Il sottoprodotto di questo processo è il cosiddetto uranio impoverito, un metallo pesante usato per farne proiettili per sistemi d'arma convenzionali. La tossicità dell'uranio impoverito, sia essa di origine chimica, sia essa legata alla residua radioattività, è ancora oggetto di controversia, ma è stata accertata nel caso esso venga inalato o ingerito.
Il materiale fissile della bomba atomica viene comunemente diviso in due o più masse sottocritiche e l'innesco è costituito da una carica di esplosivo convenzionale che spara le masse a collidere una con l'altra in modo che si formi istantaneamente la massa supercritica. In questo modo le bombe A risultano inoffensive durante la fase di trasporto e stoccaggio. In alternativa, vengono piazzate delle cariche di esplosivo attorno ad una sfera di materiale fissile di massa sottocritica; la detonazione dell'esplosivo concentra la massa che diventa così supercritica innescando la reazione detta più propriamente nucleare.