根據爆炸當量、爆炸相對於地面、水面的位置，爆炸方式分為空中核爆炸、高空核爆炸、地面核爆炸、地下核爆炸和水下核爆炸等五種。
空中爆炸
距地面一定高度之上（小於 30千米）的核爆炸。爆炸瞬間先出現強烈明亮的閃光，後形成不斷增大和發光的火球。衝擊波經過地面反射回到火球後使火球變形，呈上圓下扁的「饅頭」狀，最後，從地面升起的塵柱和煙雲共同形成高大的蘑菇雲。在衝擊波所到之處還可聽到多聲巨響。火球的最大直徑和發光時間、蘑菇雲穩定時的高度主要決定於爆炸的 TNT當量。對於2萬噸TNT當量的核爆炸， 火球最大直徑約為440米，發光時間約為2.4秒，穩定蘑菇雲的高度約為11千米。
高空核爆
在距地面高度大於30千米處的核爆炸，火球大體上是一個豎直橢球，其膨脹、上升速度和最大半徑都比空中核爆炸時大得多。 爆炸高度如大於100千米，火球現象消失， 因光輻射的照射，在80～100千米的高度上形成發光暗淡的「圓餅」，同時在爆點下方和南北半球對稱區域（稱為共軛區）產生人造極光和其他地球物理現象。
地面核爆
與空中核爆炸基本上相似，地面核爆炸的特點是：火球呈半球形，煙雲與塵柱一開始就連接在一起上升，並向四周拋出大量沙石，形成彈坑。
地下核爆
地下核設備的引爆會釋放出大量的能量，使得試驗點周圍區域內相關的地質和設備材料發生蒸發。實驗產生的高溫和壓縮的震動波會使試驗點生成空隙和裂隙或者改變洞壁上的結構。孔穴是汽化作用和原始的地質介質的壓縮所造成的。孔穴的大小(或半徑)可以根據爆破能的作用力、埋藏的深度以及地質介質的強度而估算出來。孔穴最大尺寸在爆炸發生後的1/10秒內即可達到。在接下來的幾秒鐘，發生爆炸、溫度冷卻、氣壓消散、孔穴內氣體的成分開始按順序冷凝，冷凝順序按相對蒸汽壓或沸點進行。首先，岩石和重放射性核素元素，同牆內壁上的熔融岩塊一起，在洞的底部積聚成熔融的泥膠土。試驗幾小時或幾天後，上面的材料坍塌進入洞內，形成一個垂直的「碎石」豎井，這個「豎井」隨著地面的擴大而擴展，在那裡形成一個彈坑。部分倒塌的材料會落入熔融膠泥體內。如果最初的爆炸點位於地下水之下，則地下水此時會再次湧入洞內。
水下核爆
水下核爆炸景象
在一定水深中的核爆炸，也會形成火球，但規模比空中核爆炸小，發光時間也短得多。火球熄滅後在水中形成猛烈膨脹的氣球(主要成分是水蒸氣)，引起水中衝擊波，氣球上升到水面時，拋射出大量蒸汽，同時有大量水湧入爆炸中形成的空腔，因而形成巨大水柱，其上方繼續向外噴射放射性物質，形成象菜花一樣的雲頂，其高度遠低於空中爆炸所形成的蘑菇雲（見圖[水下核爆炸景象]）。水柱下沉時，形成由水滴組成的雲霧（稱基浪），從爆心投影點向周圍快速運動，而在投影點上空產生的雲團隨風飄移，會造成持續近一小時的大雨。在足夠深處的水下爆炸則不出現菜花雲。