最早出现的原子弹是一种枪式原子弹。由于这种原子弹对核装药的利用率不高，经科学家深入的研究，设计出一种收聚式原子弹，也叫内爆式原子弹。
收聚式原子弹的外型比较短粗，核装药不像枪式原子弹那样只有两块，而是许多块，它们对称的分布在以中子源为中心的球面上，很像一个有皮块拼接的足球。在每块核装药的外面装有中子反射层，再外面是高爆速炸药、传爆药和雷管。所有雷管都与起爆控制器相连。当起爆控制器按照预定的起爆时间发出的起爆指令时，所有雷管便同时引爆传爆药，所有炸药块同时向里爆轰。每块核装药在炸药的爆轰下，受到压缩。并以很大速度向球心的中子源运动。核装药在高速向球心靠拢时，相互碰撞，产生的高压使核装药在球心处达到高超临界。同时，球心的中子源射出大量中子，链式反应开始，向外膨胀。在内外力量的夹击下，核装药体积达到最小，密度最高，链式反应激烈进行，在不到几微秒的时间内，放出巨大能量，温度可达3107~4107摄氏度，压力高达数百亿个大气压，其杀伤威力远在枪式原子弹之上。
美国小男孩原子弹
小男孩是第二次世界大战时美国在日本广岛投掷首枚原子弹的名称。1945年8月6日由保罗·提贝兹驾驶的B—29超级空中堡垒轰炸机“艾诺拉·盖”在广岛上空9000米投下。在日本当地时间早上8时15分，在550米高度爆炸。
设计
长：3米，宽：71厘米，重：4000公斤。使用枪式，将一块低于临界质量的铀—235以炸药射向三个同样处于低临界的环形铀—235，造成整块超临界质量的铀，引发核子连锁反应。
小男孩这种设计的核武器在使用前并未进行过实际试验。美国于1945年7月16日在新墨西哥沙漠试爆的第一枚原子弹是以钚为原料。当时美国的浓缩铀只足以制造一枚铀核弹，而且已有使用受控制的铀核反应堆的经验，对这种铀—235的核反应已有相当认识。因此认为可以毋需浪费珍贵的铀进行实弹试验。
小男孩采用的引爆设计因为存在颇大的危险性，所以之后只在试验武器上出现，而再没有在其他武器上使用。如果运载小男孩的飞机坠毁，弹内的铀块可能被撞击会挤在一起，到达临界质量后或会释放大量辐射，甚至可能全面爆炸。若果飞机掉进水中，炸弹入水后亦很可能会起爆。
爆炸原理
原子弹的威力通常为几百至几万吨级梯恩梯当量，有巨大的杀伤破坏力。它可由不同的运载工具携载而成为核导弹、核航空炸弹、核地雷或核炮弹等，或用作氢弹中的初级，为点燃轻核引起热核聚变反应提供必需的能量。
原子弹主要由引爆控制系统、高能炸药、反射层、由核装料组成的核部件、中子源和弹壳等部件组成。引爆控制系统用来起爆高能炸药；高能炸药是推动、压缩反射层和核部件的能源；反射层由铍或铀—238构成。铀—238不仅能反射中子，而且密度较大，可以减缓核装料在释放能量过程中的膨胀，使链式反应维持较长的时间，从而能提高原子弹的爆炸威力。核装料主要是铀—235或钚—239。
为了触发链式反应，必须有中子源提供“点火”中子。核爆炸装置的中子源可采用：氘氚反应中子源、钋—210—铍源、钚—238原子弹爆炸铍源和锎—252自发裂变源等。原子弹爆炸产生的高温高压以及各种核反应产生的中子、Y射线和裂变碎片，最终形成冲击波、光辐射、早期核辐射、放射性沾染和电磁脉冲等杀伤破坏因素。
爆炸威力
“小男孩”包含64千克的铀，可是只有不超过1千克的铀参与了核裂变，其中只有0.6千克的铀真正地转化成能量。释放的能量约相等于13000公吨的TNT烈性炸药，即大概为5.5×10焦耳。约70000人直接死于小男孩的原爆，大约相同的人受伤。随后再有大量的人死于核子尘埃放射引起的癌症。怀孕的母亲亦因为放射而出现流产，部分初生婴儿畸形发育。据统计，截止到1999年，死于小男孩原子弹的人数已上升至20万。目前广岛市依然将相生桥附近的地区列为放射污染区。
发展
原子弹是科学技术的最新成果迅速应用到军事上的一个突出例子。1939年10月，美国政府决定研制原子弹，1945年造出了3颗。一颗用于试验，两颗投在日本。其他国家爆炸第一颗原子弹的时间是：苏联：1949年8月29日；英国：1952年10月3日；法国：1960年2月13日；中国：1964年10月16日；印度：1974年5月18日。中国第一次核试验以塔爆方式进行，用的是“内爆法”铀弹。1965年5月14日第二次核试验时，核装置用飞机空投。1966年10月27日第四次核试验时，核弹头由导弹运载。
自1945年原子弹问世以来，原子弹技术不断发展，体积、重量显著减小，战术技术性能日益提高。原子弹小型化对于提高核武器的战术技术性能和用作氢弹的起爆装置具有重要意义。为适应战场使用的需要，发展了多种低当量和威力可调的核武器。为改进原子弹的性能，发展了加强型原子弹，即在原子弹中添加氘或氚等热核装料，利用核裂变释放的能量点燃氘或氚，发生热核反应，而反应中所放出的高能中子，又使更多的核装料裂变，从而使威力增大。这种原子弹与氢弹不同，其热核装料释放的能量只占总当量的一小部分。高能炸药的起爆方式和核爆炸装置结构也在不断改进，目的是提高炸药的利用效率和核装料的压缩度，从而增大威力，节省核装料。此外，提高原子弹的突防和生存能力以及安全性能，也日益受到重视。
相关事件
有人猜测小男孩的铀部分可能是由德国提炼的。德国投降时，德国海军的U—234潜艇正在运送各种新武器技术及铀原料前往日本。在接到德国无条例投降的消息后，U—234连同舰上货物向美军投降，而两名本来随舰的日本军官则在舰上自杀。据闻舰上的铀原料后来被美国用在曼哈顿计划当中。
其他含义
小男孩，正太，未长成的可爱小男孩，一般被认定的“正太特质”即是年纪小、没有胡子、很可爱、体质瘦弱的小男生。
