世界上拥有或曾一度拥有过核武器的国家分为以下几类：有核国家、非法拥核国家、匿核国家、弃核国家。所谓有核国家是指公开承认自己拥有核武器并被国际社会普遍承认为合法拥有核武器的国家。根据《不扩散核武器条约》第九条第三款之规定：本条约所称有核武器国家系指在一九六七年一月一日前制造并爆炸核武器或其他核爆炸装置的国家。那么在全世界范围内有哪些国家是在一九六七年一月一日以前制造并爆炸核武器的国家呢？
所谓核武器是利用能自持进行的原子核裂变或核聚变反应瞬时释放的巨大的能量产生爆炸作用的武器。核武器作为一种复杂的系统工程并不是靠一个人就能研发出来的：美国的曼哈顿计划动员了10万多人历时3年耗资20亿美元才得以完成。我国的两弹一星工程光是被授予“两弹一星功勋奖章”的杰出贡献者就有23人。从原子核裂变现象被发现到核武器问世经历了漫长复杂的过程。美国是世界上第一个拥有核武器的国家，但美国并不是全世界第一个开始研究核武器的国家。
二战期间担任英国首相的丘吉尔早在1925年就提出过利用某种超级能量进行爆炸和攻击的设想。1940年美国总统罗斯福曾致信丘吉尔建议两国共同研发原子弹，然而丘吉尔却委婉地拒绝了罗斯福这一建议。丘吉尔的底气在于当时的英国自认为在铀裂变研究领域处于领先地位，所以不想和美国人分享自己的研究成果。事实上正是被誉为近代原子核物理之父的英国科学家卢瑟福发现了放射性辐射中的α射线与β射线并进行了散射试验，从而认定了原子核的存在并提出了原子结构模型假说。
卢瑟福在此基础上又利用放射性元素镭中释放的射线轰击其他元素从而首次实现了人工核转变。卢瑟福是全世界第一个提出放射性半衰期概念的人，也是全世界第一个实现人工核反应的人，所以他在国际上被誉为“原子核物理学之父”。然而从实现人工核反应到发明出真正的核武器还有相当的距离。1932年英国物理学家查德威克发现了中子。此后科学家们开始利用中子这种“新炮弹”进行轰击各种原子核的反复试验，最终发现了利用中子轰击铀原子核而引起的铀核链式反应。
1939年初德国化学家O·哈恩和物理化学家F·斯特拉斯曼发表了关于铀原子核裂变现象的论文。在此之后的几个星期内许多国家的科学家纷纷验证了这一发现，还进一步提出有可能创造这种裂变反应自持进行的条件，从而开辟了利用这一新能源为人类创造财富的广阔前景。核能的开发首先被用于军事目的——即制造威力巨大的原子弹。1939年9月初丹麦物理学家N·H·D·玻尔和他的合作者J·A·惠勒从理论上阐述了核裂变反应的过程，同时指出能引起这一反应的最好元素是同位素铀235。
正当这一有指导意义的研究成果发表时英、法两国向德国宣战。1940年德军横扫丹麦、挪威、荷兰、比利时、卢森堡、法国、南斯拉夫等国。当时纳粹的种族主义政策迫使相当一部分德籍犹太科学家离开了德国。早在纳粹党上台的第一年就有大约2600名学者离开了德国。从纳粹党上台到二战爆发时四分之一的物理学家从德国的大学辞职而去。在此期间轴心国流失了包括爱因斯坦、薛定谔、费米、波恩、泡利、德拜等27名诺贝尔奖获得者，然而德国在核物理领域依然有着足以傲视全球的强大实力。
1939年德国刚发动战争时就已启动了原子弹研发项目。那时全世界只有德国一家在进行原子能的军事应用项目。最早发现原子核裂变现象的就是O·哈恩和F·斯特拉斯曼这两位德国科学家。战争爆发后这两人都留在了德国，而且还都参与了德国的原子弹计划。当然参与德国原子弹计划的肯定不只这两人：劳厄、波特、魏扎克、巴格、迪布纳、格拉赫、沃兹等科学家都参与其中并在某些方面取得了突破性的进展。沃纳·卡尔·海森堡作为整个计划的领导者与核裂变的发现者之一哈恩共同负责研制核反应堆。
当德军占领挪威之后就在挪威的泰勒马克工厂生产名叫“重水”的化工原料。这其实就是制造原子弹最重要的原料之一。1939年物理学家恩里科·费米和爱因斯坦一同向美国报告：德国科学家已掌握了铀的原子裂变技术，而这恰恰是制造原子弹的第一步。正是在爱因斯坦等人的倡议下美国才于1942年6月开始启动了研制原子弹曼哈顿计划。1945年7月16日5时30分美国在新墨西哥州离阿拉木郭多50英里的一片广阔荒芜地区成功进行了世界上首次原子弹试验。
美国由此成为全世界第一个拥有核武器的国家。1945年8月6日美国飞行员保罗·提贝兹驾驶B-29超级空中堡垒轰炸机埃诺拉·盖伊号在日本广岛上空投下了代号“小男孩”的原子弹，这是核武器在人类历史上的首次实战使用。广岛核爆的瞬间造成了七万人死亡、七万人受伤。广岛核爆三天后美军在日本长崎投下代号为“胖子”的原子弹造成四万人当场死亡。投在广岛和长崎的两枚原子弹是迄今为止核武器在人类历史上仅有的两次在实战中的使用。
原子弹在广岛和长崎展现的巨大威力震惊了世界各国。苏联方面随即迅速展开了发展核武器的紧急计划：对德战争结束刚满3个月的时候斯大林就下令成立隶属于国防委员会的特别委员会，由贝利亚出任该特别委员会的主席。克格勃的特工人员通过参与过曼哈顿计划的美国共产党员莫里斯·科恩和德国共产党员克劳斯·福克斯了解到了美国原子弹项目的诸多细节。苏联驻日大使馆的武官还实地察看了广岛原子弹爆炸地的破坏状况，但要在短期内完成原材料的加工和浓缩处理却存在诸多难以一时克服的问题。
这时贝利亚想到了战败的德国人——尽管德国直到战败也没研制出核武器，但在铀矿石的加工和同位素分离方面经验丰富。贝利亚指示内务部队在苏联占领区尽可能搜罗未被西方盟军俘虏的德国核物理学家和工程师。最终有300余名德国科学家和工程师被送往苏联。1949年8月29日4时苏联在哈萨克斯坦的米什克瓦核试验场成功进行了首次核试验，成为世界上第二个拥有核武器的国家。美、苏这两个超级大国相继试爆原子弹使最早决定研究原子弹的英国大受刺激。
1952年10月3日英国第一颗原子弹在澳大利亚蒙特贝洛沿海的船上试爆成功。美国、苏联、英国相继在核武研究上取得的进展使法国坐不住了。事实上法国和英国一样在核物理研究领域有着一定基础：早在19世纪末20世纪初法国物理学家居里夫妇就发现了镭元素，继之居里夫妇的女儿、女婿又发现了前所未有的穿透性强的辐射现象并比美国人早几星期发现了原子裂变。不过二战前法国始终没想到把自己在核物理研究方面的成果用于军事目的。
1944年7月14日法国抵抗运动领导人戴高乐访问加拿大期间会见了三位流亡在此的法国原子物理学家。三人无一例外向戴高乐力陈法国研制原子弹的必要性和可能性。这时连国土都尚未光复的法国根本不具备研制核武器的条件，直到二战结束后的1945年10月戴高乐才成立原子能委员会。战争期间流亡海外的法国科学家们陆续回国参与到核武器的研究中。1958年4月11日法国政府正式签署命令：制造一颗核装置并于1960年第一季度爆炸。
1960年2月13日法国在阿尔及利亚撒哈拉沙漠中的拉甘核试验场成功进行了首次核试验，从而得以成为世界上第四个拥有原子弹的国家。就在法国决定研究原子弹时中华人民共和国为打破美、苏等国的核垄断也于1959年6月开始启动旨在研发本国核武器的"596工程"。在此之前苏联一度承诺将对中国的核研究提供支持，然而当时的苏联领导人赫鲁晓夫撕毁了两国间的协议，拒绝向中国提供原子弹样品，此后工作在中国国防科技部门的苏联专家顾问们陆续撤走。
中国的核武研究就此走上了独立自主自力更生之路。当时主席对此有明确表态：“以前有苏联人援助我们，现在我们自己干也一定要干好！我们只要有人、有资源，什么奇迹都可以创造出来”。党中央先后从全国调集高、中级专家二百多人充实到核武器研究所，形成了以彭桓武、朱光亚、邓稼先等人为核心的核武器研制骨干力量。1961年7月16日中共中央发布了《关于加强原子能工业建设若干问题的决定》，19日中央军委批准国防科委成立领导原子能工业的专办。
当时中国在浓缩铀方面采取了两条腿走路的办法：一方面与科学院一起针对甲种分离膜和氟油等关键材料进行技术攻关；另一方面在核工业上打一场空前绝后的“人民战争”——全民找矿，土法炼铀。美国学者刘易斯和薛理泰因此称中国的第一颗原子弹是一枚“人民炸弹”。人民战争的手段在新中国原子弹的研制过程中可谓处处体现。一个流传很广的说法是：我国原子弹是研究人员用算盘打出来的。1964年10月16日15时中国在新疆罗布泊核试验场成功进行了首次核试验。
至此联合国安理会五大常任理事国已全部在一九六七年一月一日前成功制造并爆炸核武器，也只有这五个国家是当今国际社会公认的可以合法拥有核武器的国家。可这并不能抑制其他国家发展这种大杀器的欲望：1974年印度进行了第一次核试验。1998年5月11日和13日印度在西部博克兰地区进行了5次小当量的核试验后正式对外宣传拥有核武器。外界估计印度大约有100枚左右射程在4000公里内的核导弹。与印度存在领土争端的巴基斯坦为保持同印度的战略平衡从1972年就开始秘密研制核武器。
90年代以后巴基斯坦的核武研制计划被美国得知。美国为维持自身的核优势随即对巴基斯坦进行了制裁。这一度导致巴基斯坦的核武发展速度放缓，直到1998年5月28日巴基斯坦又成功地进行了5次核试验。外界推测巴基斯坦可能拥有15～25枚核弹头，其弹道导弹的射程为1500公里。2006年10月9日朝鲜官方通讯社报道称：朝鲜成功进行了首次核武试验。外界猜测朝鲜已拥有2至3枚核弹头，其弹道导弹的射程为1000～1500公里。2009年5月25日朝鲜进行了第二次地下核试验。
2013年2月12日朝鲜进行了第三次地下核试验。2016年1月6日朝鲜宣布当天成功进行了氢弹试验。2016年9月9日朝鲜在咸镜北道吉州郡丰溪里成功进行第五次核试验。2017年9月3日朝鲜在咸镜北道丰溪里附近进行了第六次、也是威力最大的一次地下核试验。印度、巴基斯坦、朝鲜三国的核武器试爆都在一九六七年一月一日之后，因此被国际社会视为非法拥核国家——在一九六七年一月一日之后违背《不扩散核武器条约》公然进行核武器试验，但对外界公开宣称自己拥有核武器的国家。
除了上文提到的有核国家、非法拥核国家之外还有一类疑似拥有核武器或具备在短时间内研发核武器技术，但尚未公开进行核试验并对外界宣布成为拥有核武器的国家：目前外界普遍推测以色列曾经进行过一次地下核试验，但在印巴连续进行核试验后以色列再次声称它不会最先把核武器引进中东地区。外界推测以色列可能拥有64～112枚核弹头，其弹道导弹的射程为1500公里。伊朗从20世纪50年代开始了核能源开发活动。1980年美伊断交后伊朗面临来自美国及其盟国越来越大的战略压力。
从那时起伊朗就加大了军备建设的力度。在这一过程中美国曾多次指责伊朗以“和平利用核能”为掩护秘密发展核武器，而伊朗方面则在2003年2月9日由时任伊朗总统的哈塔米以电视讲话的形式宣布：伊朗已在雅兹德地区发现铀矿并已成功提炼出铀，伊朗将开采铀矿并将建设铀转换和铀浓缩设施，以便建立一个完整的核燃料循环系统。至此伊朗核计划已经发展到关键阶段——即核燃料循环系统建设阶段。这个系统建成后便可为伊朗的核电站和研究机构提供燃料。
这个系统也可以进一步提高浓缩铀的丰度，从而使伊朗能获得武器级高浓缩铀。这标志着伊朗已迈进了核门槛，但要将这种核能利用技术真正转化为核武器还有相当的距离，而国际社会已就伊朗核问题进行多方协调。多年来国际社会特别是亚洲国家一直怀疑日本已经拥有核武器，不过此事一直未能得到证实。事实上日本是拥有包括浓缩铀和后处理钚的几乎完整核燃料生产能力的国家并具有在短时间内研制出核武器的技术，不过日本要想真正拥有核武器几乎是不可能的。
美国为实现对日本的战略控制和维持自身核优势绝不会允许日本发展核武。不要看现在美日关系紧密，可双方潜意识深处都不曾忘记过珍珠港事件。当然深受日本侵略之苦的中、韩等亚洲邻国也绝不会坐视日本发展核武。事实上日本作为迄今为止唯一遭受过核打击的国家在其国内也始终存在强烈的反核民意。当今世界两百多个国家和地区中只有美国、俄罗斯、中国、英国、法国、印度、巴基斯坦、朝鲜、以色列这九个国家实际上拥有核武器。
除了九个拥有核武器的国家之外伊朗和日本具备一定的核技术，但这与真正拥有核武器仍有着相当的距离。此外世界上还有一些国家曾经拥有过核武器或核武研制技术却主动放弃持有核武器。1991年阿尔及利亚被发现正在建设一个能生产武器级核原料的核反应堆，后来阿尔及利亚同意把反应堆置于国际原子能机构的监控之下并加入了《核不扩散条约》。阿根廷和巴西两国在20世纪80年代实施过核武器发展计划，但在1990年后两国签署了一项使拉丁美洲成为无核区的协定。
上世纪70年代南非曾与以色列和台湾当局合作研究核武器。1990年上任的南非总统德克勒克敏锐预期到南非的种族隔离制度将会在1990年代彻底解除。种族隔离制度结束后的南非将会举行不分种族的大选。届时占人口多数的黑人就会选出自己的政府班子。到时南非白人政府发展出来的核武器就可能落入黑人政府之手。1991年德克勒克政府拆除了南非的核武库并加入《不扩散核武器条约》。南非因此成为了世界上第一个主动放弃核武器的国家。
1991年苏联解体后苏联的核武器遗留在俄罗斯、白俄罗斯、乌克兰和哈萨克斯坦四国。乌克兰、白俄罗斯、哈萨克斯坦这些原苏联加盟共和国从独立之日起就处于俄罗斯和以美国为首的西方国家的地缘势力争夺之中。无论是俄罗斯或是西方都不希望有太多的国家拥有核武器，因此俄罗斯和西方都对这些国家采取软硬兼施的外交政策。继承了苏联核武器的乌、白、哈三国却没继承保养操作这些大杀器的军工体系。最终乌、白、哈三国只能同意销毁苏联遗留在自己境内的核弹头并加入《核不扩散条约》。