Säteilyn vapautuminen on ydinräjähdyksissä ainutlaatuinen ilmiö. Säteilyä vapautuu useita eri lajeja; näitä lajeja ovat gamma-, neutroni- ja ionisoiva säteily, ja niitä vapautuu paitsi räjähdyshetkellä (alkusäteily) myös pitkään sen jälkeen (jäännössäteily).

Alkuydinsäteily

Alkuydinsäteilyllä tarkoitetaan säteilyä, joka saapuu räjähdyksen jälkeisten ensimmäisten minuuttien aikana, ja se on enimmäkseen gamma- ja neutronisäteilyä.

Alkuperäisen ydinsäteilyn määrä vähenee nopeasti etäisyyden kasvaessa tulipallosta niin, että viiden mailin päässä nollapisteestä saatetaan vastaanottaa alle yksi röntgen. Lisäksi alkusäteily kestää vain niin kauan kuin tulipallossa tapahtuu ydinfissiota. Alkuperäinen ydinsäteily edustaa noin kolmea prosenttia ydinräjähdyksen kokonaisenergiasta.

Vaikka ihmiset lähellä nollapistettä voivat saada tappavia säteilyannoksia, heitä tappavat samanaikaisesti räjähdysaalto ja lämpöpulssi. Tyypillisissä ydinaseissa vain suhteellisen pieni osa kuolemantapauksista ja loukkaantumisista johtuu alkusäteilystä.

Ydinaseiden jäännössäteily

Ydinräjähdyksen jäännössäteily on enimmäkseen peräisin radioaktiivisesta laskeumasta. Tämä säteily on peräisin aseen jäänteistä, fissiotuotteista ja maanpäällisen räjähdyksen tapauksessa säteilevästä maaperästä.

Fissioreaktiossa voi syntyä yli 300 erilaista fissiotuotetta. Monet näistä ovat radioaktiivisia, ja niiden puoliintumisajat vaihtelevat suuresti. Joidenkin puoliintumisaika on hyvin lyhyt, eli sekunnin murto-osia, kun taas muutamien puoliintumisaika on niin pitkä, että aineet voivat aiheuttaa vaaraa kuukausien tai vuosien ajan. Niiden pääasiallinen hajoamistapa on beetahiukkasten ja gammasäteilyn emittoituminen.