核兵器の能力を検証するため、実際に核弾頭(核爆発装置)を爆発させてデータを採取する実験を行なうこと。
大気中の他、水中、地下、宇宙空間などで行われた。
このうち、環境に与える影響の大きさから、大気中・および水中・宇宙(大気圏外)での核実験は、部分的核実験禁止条約の発効により1963年8月をもって禁止となった。
最後まで残されていた地下核実験も、包括的核実験禁止条約(CTBT)によって禁止されている*1。
なお、アメリカはコンピューターシミュレーション技術や過去の実験データの積み重ねなどから臨界前核実験を通常の核実験の代替手段として用いている。
核実験を大気中で行った場合は閃光などが発生するため、米ソ(当時)が軌道上に展開していた早期警戒衛星での探知が可能だった。また、地下核実験については、地震計などで発生する振動波形を検出・分析することで探知可能である。
*1:ただし、この条約自体は未発効