美国于20世纪50年代初期开始研制核地雷。核地雷由核装药、起爆系统、保险装置、动作系统和电源组成，使用时可以埋入土中一定深度的雷井内或水中。主要以冲击波、放射性沾染、光辐射、贯穿辐射、爆震波等因素杀伤人员，破坏战斗车辆或者毁坏其他目标。核地雷主要依靠独立的定时装置，通过无线电或者导线操纵起爆。使用时可以单个也可以数个密集使用。20世纪60年代初期美军开始装备部队，装备了当量从200-2500吨的各种核地雷约200余枚，但是一枚也没有在实战中使用过。
结构特点核地雷的外形很普通，没有固定的特殊形态，有的宛如行囊，有的像提箱。其构造都由战斗部和成套组合件构成。战斗部装填不同当量的核装药。成套组合件包括：发火装置，用于接受起爆地雷的信号，并将战斗部内的核装药引爆；定时器，用于选择装定地雷起爆的时间，保证准时启动发火装置；防护包装套，用于保护设置在地下、水中的核地雷战斗部避免受压、受潮和受光、电、磁等物理场变化的影响而损坏；判读器，用于采取遥控起爆时，判读发火装置的有关数据。将各部分按设计要求用导线相连，便成为一枚核地雷。
核地雷的体积和重量都很小。目前美国装备有2种，即中型核爆破装置和特种核爆破装置，像美国研制的山脉型核地雷，爆炸威力为10吨TNT当量，其长度仅910毫米、直径380毫米、重45.36公斤，一名士兵即可背运。所以，核地雷的保管、运输和安放都比较简便。在预有准备的条件下，一般10分钟之内，便可设置好一枚核地雷。
装有核战斗部的地雷。又称原子爆破装置。主要利用核爆炸实施直接杀伤，或形成地形障碍（如弹坑、堆积物）和放射性污染区以阻滞敌方行动，特别是坦克群的行动；也可埋设到敌后方军事设施区，利用定时器或遥控指令引爆，摧毁敌方目标。为防止意外事故发生，核地雷一般装有安全密码装置。1953年，美国开始研制核地雷。先后服役的共有7种型号的核地雷，分别是：T-4、W-7、W-25、W-30、W-31、W-45、W-54，均是20世纪50～60年代研制的。其中前5种已于60年代退役。W-45型地雷为中型原子爆破装置（MADM），威力为15千吨梯恩梯当量，重量为177千克，可由吉普车或直升机运输，工兵分队埋设，1965年服役，1987年退役。W-54为特种原子爆破装置（SADM），威力为0.01～1千吨梯恩梯当量，重量仅为74千克，可由特种部队埋设，1964年服役，1992年退役。苏联在70年代也曾研制和部署过核地雷。20世纪90年代初，美、俄两国曾各自宣布一些战术核武器退役，其中包括核地雷。其他核国家未部署过核地雷。[1]
武器作用能造成大面积的放射性沾染区，妨害部队的作战行动。核地雷爆炸后，放射性物质90%以上留在土壤中及其炸坑附近，5%以沉降物形式散落开来构成沾染障碍区。在风速为5米/秒的条件下，核地雷的放射性沉降物散落区长达14.5公里。放射性沾染比克服炸坑更加困难。乘坐车辆去克服这类障碍，至少要两昼夜。
能以巨大的爆炸威力直接摧毁军事设施和兵器、装备，杀伤有生力量。据分析，一枚2000吨TNT当量核地雷爆炸，可摧毁或杀伤180米距离内所有的坦克、260米距离内的所有装甲输送车、950米距离内所有的暴露人员。当对方装甲部队沿3公里正面发起进攻时，仅一枚核地雷就可摧毁其12%的坦克、17%的装甲输送车。
特别小型的特种核地雷是核恐怖手段之一，即使在和平时期，也要特别加以防范。
