核弹头的体积依原理、当量、技术水平不同，存在一定差异，且随技术进步，体积仍在不断缩小。

比如，1945年8月6日投放在广岛的“小男孩”原子弹，作为人类首颗投入实战的原子弹，其属于“枪式”起爆的浓缩铀弹，在外形上相对“瘦长”些（这也是“枪式”原子弹的共同特征），“小男孩”原子弹的具体大小为长3米，直径71厘米，重4.4吨。爆炸当量约1.5万吨TNT。

而1945年8月9日在长崎投放的“胖子”原子弹则属于内爆式的钚弹，因此在外形上就“圆润”些，“胖子”原子弹长3.3米，直径1.5米，重4.67吨，爆炸当量约2.1万吨TNT。其整体构造其实与1945年7月16日在美国试爆成功的人类第一颗原子弹“小玩意”相类似，这两颗原子弹属于“姊妹弹”。

作为对比，美国射程1.2万公里的 UGM-133A “三叉戟” II 型潜射洲际弹道导弹，其通常携带8~12枚 W76 或 W88 核弹头，由MK-4/5 MIRV（多弹头重返大气层载具）承载。承载 W76 和 W88 核弹头的 MIRV 外形为圆锥状，长约1.75米，最大直径约0.55米，重约362千克，爆炸当量则达到47.5万吨TNT，约是“胖子”原子弹的22.6倍，W88也可算作是当今核武制造的最高水平。