火球以光和热的形式向外辐射能量，即形成光辐射。不同核爆炸方式火球的外观景象有所不同。空中和地面核爆炸时，爆炸瞬间先出现强烈闪光，随后形成火球。空中核爆炸时火球在发展过程中体积迅速扩大，前期为球形，后期则变为馒头状；地面核爆炸时火球颜色比空爆时要暗，一开始便呈半球形（图1），逐渐上升。火球上升和扩展过程中温度不断下降，最后形成烟云。空中核爆炸火球的表观温度随时间的变化经历第一极大、极小和第二极大两个脉冲过程（图2）。当第一极大出现时，冲击波阵面即为火球表面，其后由于冲击波强度的减弱而出现极小，当冲击波阵面脱离火球后，出现第二极大。火球最大时的半径及发光时间的长短与爆炸威力有关。空爆火球发展的主要参数值见表。

图1 地面核爆炸火球图

图2 空中核爆炸火球表观温度随时间变化曲线

通常用辐亮度表征火球的发光强度。辐亮度由火球表观温度决定，其极大值和极小值分别称为最大辐亮度和最小辐亮度，二者出现的时间与爆炸威力有关。辐亮度是研究火球辐射性质及其效应的重要参量。火球照度定义为在不同距离上，单位时间内法线方向指向火球中心、单位面积接受面所接受的光辐射能量。火球照度也是表征核爆炸对物体毁伤作用的参量之一。光辐射的毁伤作用由曝辐射量（光冲量）大小决定（见核爆炸光辐射效应）。曝辐射量是垂直于光传播方向的单位面积上火球整个发光时间内接受的能量。