通常由核导弹进行发射/投掷，是核导弹的有效载荷。位于核导弹的前端部，一般在飞行过程中与弹体分离并再入大气层独立飞行的部分。它利用所装的核战斗部适时产生核爆炸，对目标实施大规模杀伤破坏。

核弹头种类很多：①按核装置原理结构，可以分为原子弹、氢弹头和特殊性能核弹头（中子弹头、弱剩余放射性弹头、冲击波弹头、增强X射线弹头、核电磁脉冲弹头等）。②按作战使用性质，可以分为打击战略目标的战略核弹头和打击战役战术目标的战术核弹头。③按发射/投掷系统，可以分为陆基发射核导弹、潜基发射核导弹和空基发射核导弹用核弹头。④按照飞行轨迹方式，可以分为惯性核弹头、机动核弹头和滑翔核弹头。⑤按爆炸威力大小，可以分为高威力核弹头（百万吨TNT当量以上）、中等威力核弹头（10万～100万吨TNT当量）和低威力核弹头（10万吨TNT当量以下）。⑥还可以按照投掷数量、适应射程、发展顺序等进行划分。

核弹头由弹头和核战斗部组成。弹头一般由承力结构系统、防隔热系统构成，用于维持弹头外形，承受飞行力和气动热环境，并提供核战斗部的安装接口和适宜的工作环境。有的弹头还带有慢旋系统、突防系统、制导控制系统等，以提高飞行稳定性、突防能力和命中精度。核战斗部一般由核装置、安全引爆控制系统、功能部件和相应的结构部件等组成。核装置有裂变型和聚变型。在安全引爆控制系统的作用下，裂变型核装置利用铀或钚等易裂变重原子核完成裂变反应释量；聚变型核装置利用重原子核链式裂变反应提供的能量，使氘、氚（工程热核材料一般为氘化锂）等轻原子核产生自持聚变反应释量。核战斗部原子核裂变、聚变反应瞬时释放巨大能量，利用冲击波、光辐射、早期核辐射、放射性沾染和电磁脉冲等杀伤破坏效应，达成战斗任务。