Vũ khí hạt nhân (tiếng Anh: nuclear weapon) là loại vũ khí hủy diệt hàng loạt mà năng lượng của nó do các phản ứng phân hạch hạt nhân hoặc phản ứng hợp hạch gây ra. Một vũ khí hạt nhân nhỏ nhất có sức công phá lớn hơn bất kỳ vũ khí quy ước nào. Vũ khí có sức công phá tương đương với 30.000-300.000 tấn thuốc nổ có thể phá hủy hoàn toàn một thành phố. Nếu sức công phá là 1 triệu tấn thì có thể phá hủy 1 vùng với bán kính 100 - 160 km.

Vũ khí hạt nhân lần đầu tiên được sử dụng vào giai đoạn cuối Thế chiến II khi Không quân Hoa Kỳ thả một quả bom phân hạch có biệt danh là "Little Boy" xuống thành phố Hiroshima. Ba ngày sau, Không quân Hoa Kỳ tiếp tục thả một quả bom phân hạch có biệt danh là "Fat Man" xuống thành phố Nagasaki của Nhật Bản. Những vụ ném bom này đã khiến khoảng 200.000 người thiệt mạng.[1]

Kể từ vụ ném bom nguyên tử ở Hiroshima và Nagasaki, vũ khí hạt nhân liên tục được kích nổ hơn hai nghìn lần để thử nghiệm và phô trương sức mạnh quân sự. Các quốc gia được biết là từng kích nổ vũ khí hạt nhân và thừa nhận sở hữu chúng là Hoa Kỳ, Liên Xô (sau này là Nga), Anh, Pháp, Trung Quốc, Ấn Độ, Pakistan, Bắc Triều Tiên và Israel. Một số quốc gia có thể đã sở hữu vũ khí hạt nhân nhưng không được công nhận là Đức, Ý, Thổ Nhĩ Kỳ, Bỉ và Hà Lan.[2][3][4] Nam Phi là quốc gia duy nhất đã tự phát triển và sau đó từ bỏ vũ khí hạt nhân.[5]