Es gibt neun Atomwaffenstaaten aber nur fünf sind „anerkannt“. Die USA, Russland, China, Frankreich und das Vereinigte Königreich – die Staaten, die auch einen permanenten Sitz im UN-Sicherheitsrat haben – werden im Atomwaffensperrvertrag als „Atomwaffenstaaten“ genannt, da sie vor 1957 Atomwaffen explodiert haben. Indien, Pakistan, Israel und Nordkorea sind jedoch auch im Besitz von Atomwaffen, wobei Israel diese nicht zugibt, und sind daher kein Mitglied des Atomwaffensperrvertrags.
Die Sowjetunion, Vorgängerstaat Russlands, wurde 1949 Atomwaffenmacht und führte über 700 Atomtests durch. Es wird geschätzt, dass Russland bzw. die Sowjetunion seit 1949 etwa 55.000 Atomwaffen produziert hat. Die Sowjetunion trat dem Nichtverbreitungsvertrag (NVV) gleich zu Beginn 1972 bei. Russland sieht seine nuklearen Streitkräfte als unabdingbar für die Sicherheit des Landes und für seinen Status als Großmacht. Russland modernisiert sein Atomarsenal und wird demnächst alle Atomwaffensysteme aus der Sowjetzeit mit neuen ersetzt haben. Einige neue Trägersysteme für Atomwaffen sind in der Entwicklung oder werden stationiert.
Die USA sind ein offiziell anerkannter Atomwaffenstaat (seit 1945) und Mitglied des Atomwaffensperrvertrags (NVV). Seit 1945 haben sie etwa 70.000 Atomwaffen produziert; darunter 70 verschiedene Typen, von der kleinen Atommine bis zu gewaltigen Wasserstoffbomben mit Megatonnensprengkraft. Die USA modernisieren seit Jahren ihr gesamtes atomares Arsenal. Dennoch sieht man am Beispiel der „weiterentwickelten“ B61-12-Atombombe, die in fünf europäischen Ländern einschließlich Deutschland in den nächsten Jahren stationiert wird, dass die Modernisierung mit einer umfangreichen Weiterentwicklung einhergeht. Darüber hinaus wird der Ausbau der Raketenabwehr vorangetrieben, die insbesondere für Russland ein rotes Tuch ist.
Frankreich ist der einzige Atomwaffenstaat, der sein Atomtestgelände auf Moruroa im Südpazifik nach weltweiten Protesten geschlossen hat. Der Atomteststoppvertrag und Rarotonga-Vertrag sichern den französischen Atomteststopp, da es Vertragspartei ist und das Verbot durch Verifikationsmaßnahmen unterstützt. Zudem erklärte Frankreich 1992 seine Absicht, kein Plutonium für Atomwaffen mehr herzustellen und schloss seine Plutoniumfabrik in Marcoule 1997. Dennoch wird Plutonium für zivile Zwecke weiterhin in der Wiederaufarbeitungsanlage La Hague produziert. Obwohl Frankreich den Atomwaffensperrvertrag unterzeichnet hat und daher zur vollständigen Abrüstung verpflichtet ist, gibt es keine Zeichen, dass die Regierung jemals sein Arsenal aufgeben wird.
Die Briten sind seit 1968 Unterzeichnerstaat des Atomwaffensperrvertrages und damit als offizieller Atomwaffenstaat anerkannt, was ihre Macht in der Weltordnung Seite an Seite mit den USA sichert. Ihre Atomwaffen sind alle auf Trident-Raketen montiert, die auf U-Booten stationiert sind. Nur eins von den insgesamt vier U-Booten befindet sich ständig auf dem Meer. Die von den USA gemieteten Trident-Raketen an Bord tragen Mehrfachsprengköpfe, deren Atomwaffen gegen verschiedene Ziele im selben Zielgebiet eingesetzt werden können. Jeder Sprengkopf hat eine Sprengkraft von 100 Kilotonnen. Im März 2007 wurde vom Parlament beschlossen, das britische Atomwaffenarsenal aufzurüsten und zu modernisieren, sodass britische Atomwaffen auch nach 2020 einsatzfähig bleiben.
China ist erst seit 1992 Mitglied des Atomwaffensperrvertrags. Das Land forderte zwar stets einen Vertrag zur Abschaffung aller Atomwaffen und unterhielt nur eine im Vergleich zu den USA und Russland ein relativ kleines atomares Arsenal, rüstet aber auch nicht ab. Im Gegenteil: das Land modernisiert jetzt seine Atomstreitkräfte, vor allem die Trägersysteme. Vorrangig wurde in letzter Zeit eine Reichweitensteigerung angestrebt, um die US-Raketenabwehr zu durchdringen. Im Arsenal befinden sich seine Atomwaffen auf U-Booten, Flugzeugen, landgestützten ballistischen Raketen sowie taktische Atomwaffen. China ist der einzige Atomwaffenstaat mit einer offiziellen Politik des Nichtersteinsatzes.
Israel hat sein Atomwaffenpotenzial nie offiziell zugegeben, droht jedoch in Krisensituationen immer wieder in einer Art und Weise, als könne es Atomwaffen einsetzen. Experten schätzen, dass Israel bis zu 80-90 Atomwaffen besitzt, andere behaupten, es habe eher mehjr. Um die Diskussion über seine Atomwaffen und eine eventuelle Abrüstung zu umgehen, tritt Israel dem Atomwaffensperrvertrag nicht bei. Sehr umstritten ist die Bestellung von sechs U-Boote der Dolphin-Klasse aus Deutschland, hergestellt von ThyssenKrupp beim HDW in Bremen. Es wird behauptet, dass die U-Boote künftig mit Atomwaffen bestückt werden sollen, was aber nie bestätigt werden konnte.
Indien ist keine anerkannte Atomwaffenmacht und ist bekannter Gegner des Atomwaffensperrvertrags, den Regierungsvertreter immer als diskriminierend bezeichnen. Obwohl vorher vermutet wurde, dass Indien bereits seit langem Atomwaffen besitzen, ist sein Atompotenzial erst seit der Atomtestreihe 1998 definitiv bekannt. Indien befindet sich mit Pakistan in einem Wettrüsten, das Arsenal wächst ständig. Die Stationierung von Atomwaffen geht voran und eine Befehlsstruktur wurde aufgebaut, sodass das indische Abschreckungspotenzial "glaubwürdiger" wird. Die Bedrohungsrhetorik Indiens und Pakistans erreichte im Jahr 2002 erschreckende Ausmaße, als die Welt vor einem Atomkrieg im Südasien fürchten musste. Seitdem ist die Lage zwar entspannter geworden, sie bleibt jedoch höchst gefährlich.
Fast alles, was Pakistan im Atombereich unternimmt, ist aus dem Wunsch heraus entstanden, Indien militärische Macht entgegen zu halten. Das zentrale Problem der Beziehungen zwischen Pakistan und Indien ist der Kaschmirkonflikt, der auf die Teilung des Subkontinents im Jahr 1947 zurückgeht. Pakistan hat im Mai 1998 (als Reaktion auf indische Tests) Atomwaffen getestet. Da die Flugzeit einer mit einem Atomsprengkopf bestückten Rakete von Indien nach Pakistan und umgekehrt nur drei bis fünf Minuten beträgt, ist die Gefahr eines aus Versehen ausgelösten Atomkrieges zwischen den Nachbarstaaten sehr hoch. Die Aufdeckung der Weitergabe von Informationen und Materialien zum Bau von Atomwaffen aus Pakistan, für die der Ingenieur A.Q. Khan die Verantwortung übernommen hat, hat den internationalen Ruf von Pakistan nachhaltig geschadet.
Nordkorea hat zuerst für Schlagzeilen gesorgt, als es Anfang 2003 aus dem Atomwaffensperrvertrag ausgetreten ist. Am 9. Oktober 2006 wollte Nordkorea dann durch seinen ersten Atomtest beweisen, dass es bereits im Besitz von Atomwaffen war. Das Land verfügt über genügend waffenfähiges Plutonium um eine kleine Anzahl von Atomwaffen zu bauen. Nach einer kurzen Zeit der Entspannung, als Kim Jong-Un durch Gespräche mit dem südkoreanischen Präsident Moon Jae-in und US-Präsident Donald Trump die Zerstörung einiger Anlagen zustimmte, sind Verhandlungen mit Nordkorea erneut ins Stocken geraten.
In Europa werden weiterhin geschätzte 100 taktische US-Atomwaffen stationiert: in Belgien, Deutschland, den Niederlanden, Italien und der Türkei stationiert – also in Ländern, die offiziell als Nicht-Atomwaffenstaaten gelten und dem Atomwaffensperrvertrag beigetreten sind.