אך בניגוד לטבע האדם, אולי בזכות הזעזוע מעוצמת הנשק וההרס חסר התקדים שנגרם להירושימה ונגסאקי השימוש בנשק הגרעיני, ואולי בזכות המשאבים העצומים שפיתוח נשק שכזה דורש ממדינה - רק מדינות מעטות מחזיקות כיום בנשק גרעיני, ומאז נגסאקי לא בוצע שימוש מבצעי בפצצת גרעין באף עימות צבאי.

לאחר המלחמה, ולאחר שמספר מדינות נוספות: ברית המועצות, בריטניה, סין וצרפת, אכן פיתחו נשק גרעיני ואף ביצעו ניסויים גרעיניים, החליטו המעצמות הגדולות שלא לאפשר למדינות נוספות לפתח נשק גרעיני, ויצרו את משטר ה-NPT, Non-Proliferation Treaty הסכם שמאפשר לכל מדינה שביצעה ניסוי גרעיני עד שנת 1967 להחזיק נשק שכזה, ואוסר על מדינות נוספות לפתח נשק גרעיני משלהן.

כיום ישנם שני סוגים עיקריים של נשק גרעיני, פצצת אטום - שבנויה על פירוק אטום כבד (אורניום) לאטום קל יותר (פלוטוניום), ופצצת מימן, שבנויה על התכה של שני אטומי מימן לאטום חמצן. בעוד פצצת אטום יכולה להשמיד עיר, כפי שעשו הפצצות בהירושימה ונגסאקי, פצצת המימן נחשבת להרסנית הרבה יותר.

שלוש שיטות שיגור הנשק הגרעיני הן באמצעות מטוסי תקיפה והפצצה, באמצעות צוללות ובאמצעות טילים ארוכי טווח. מדינות שמחזיקות בשלוש אפשרויות השיגור נחשבות למדינות בעלות יכולת מכה שנייה.

מרבית מדינות העולם קיבלו על עצמן את מגבלות ההסכם, כאשר רק הודו, ישראל, פקיסטן ודרום סודאן לא חתומות על ההסכם. בנוסף לכך, צפון קוריאה פרשה ממנו לאחר שביצעה ניסוי גרעיני. אך למרות המגבלות על פיתוח הנשק, מספר מדינות פיתחו נשק גרעיני, או ניסו לפתח נשק גרעיני, ואף חלקן התפרקו מתוכנית הגרעין שלהן. כיום המערערת העיקרית על משטר ה-NPT היא איראן, שפרויקט הגרעין שלה נמצא במרכז הדיון העולמי, אך ישנם חשדות שגם סעודיה ומצרים שוקלות לפתח נשק שכזה, אם איראן תציג פצצה גרעינית במזרח התיכון.

ארה"ב:

בין 5,800 ל-6,185 ראשי נפץ. 1,750 בפריסה מבצעית,  מחזיקה נשק גרעיני באישור אמנת ה-NTP

יכולת שיגורית משולשת (אוויר, ים וטילי קרקע-קרקע)

מחזיקה נשק גרעיני בטורקיה, גרמניה, בלגיה, הולנד ואיטליה

רוסיה (וברה"מ):

בין 6,372 ל-6,490 ראשי נפץ. 1572 בפריסה מבצעית, מחזיקה נשק גרעיני באישור אמנת ה-NTP
יכולת שיגורית משולשת (אוויר, ים וטילי קרקע-קרקע)

בריטניה:

בין 200 ל-215 ראשי נפץ. 120 בפריסה מבצעית, מחזיקה נשק גרעיני באישור אמנת ה-NTP
יכולת שיגור ימית

צרפת:

290 ראשי נפץ, 280 בפריסה מבצעית, מחזיקה נשק גרעיני באישור אמנת ה-NTP
יכולת שיגור ימית ואווירית

סין:

בין כ-300 ראשי נפץ, לא ידוע כמה בפריסה מבצעית, מחזיקה נשק גרעיני באישור אמנת ה-NTP
יכולת שיגורית משולשת (אוויר, ים וטילי קרקע-קרקע)

הודו:

150 ראשי נפץ, לא ידוע כמה בפריסה מבצעית, לא חתמה על אמנת ה-NPT
יכולת שיגורית משולשת (אוויר, ים וטילי קרקע-קרקע)

פקיסטן:

16 ראשי נפץ, לא חתומה על ה-NPT
יכולת שיגור אווירית וטילי קרקע-קרקע

ישראל*:

בין 100 ל-200 ראשי נפץ, לא חתמה על אמנת ה-NPT
יכולת שיגור ימית וטילי קרקע קרקע
*(על פי מקורות זרים)

צפון קוריאה:

בין 30 ל-40 ראשי נפץ, פרשה מאמנת ה-NPT
יכולת שיגור ימית וטילי קרקע-קרקע

דרום אפריקה:

החזיקה בשישה ראשי נפץ, התפרקה מנשק גרעיני לאחר נפילת האפרטהייד

לוב:

הודיעה על פירוק גרעיני ב-2003

עיראק:

החלה בבניית כור גרעיני, שהופצץ על ידי ישראל בשנת 1981

סוריה:

החלה בבניית כור גרעיני, שהופצץ על ידי ישראל בשנת 2007

איראן:

מכחישה שמחזיקה בתוכנית צבאית, אך מסמכים שנגנבו מארכיון הגרעין על ידי המוסד מצביעים אחרת