La bomba nucleare o bomba atomica, più propriamente bomba a fissione nucleare incontrollata, è un'arma di distruzione di massa, un ordigno esplosivo, appartenente al gruppo delle armi nucleari, la cui energia è prodotta dalla reazione nucleare a catena incontrollata di fissione nucleare, cioè la divisione, spontanea o indotta, del nucleo atomico di un elemento pesante in due o più frammenti.
La reazione a catena avviene, appunto, in forma "incontrollata" (rapidissimamente divergente) in una massa di uranio 235 o di plutonio 239 altamente concentrati. Nell'istante in cui la massa viene resa "super-critica", essa libera altissime quantità di energia in brevissimo tempo e dà vita all'esplosione stessa e ai suoi devastanti effetti.
Si differenzia dunque dai processi nucleari a catena che avvengono in un comune reattore nucleare per la produzione di energia elettrica dove invece la reazione nucleare viene mantenuta, per ovvi motivi tecnici e di sicurezza, al di sotto di una soglia di criticità in uno stato stabile ovvero controllato senza alcuna possibilità di esplosione nucleare.
Nell'uso comune talvolta il nome "bomba atomica" è impropriamente impiegato per altre armi nucleari di potenza simile o superiore, includendo così anche le bombe che utilizzano l'altro tipo di reazione nucleare, la fusione termonucleare dei nuclei di elementi leggeri.
Il termine "bomba atomica" nella classificazione originaria di "bomba A" indicava propriamente solo le bombe a fissione. Quelle che invece utilizzano la fusione termonucleare sono chiamate bombe H o bombe all'idrogeno, o anche raggruppate nella definizione di "armi termonucleari".
La bomba atomica è peraltro componente fondamentale della stessa bomba H in quanto permette di raggiungere gli altissimi valori di pressione e temperatura indispensabili per innescare la reazione di fusione termonucleare.