大规模杀伤破坏武器包括核武器、化学武器和生物武器等。核武器是利用能自持进行的核裂变或裂变－聚变反应，于瞬间释放巨大的能量，产生爆炸作用并具有大规模杀伤破坏效应的武器。它的出现是20世纪40年代前后科学技术重大发展的结果。1942年，美国开始实施“曼哈顿”计划研制原子弹；1945年7月16日，成功地进行了首次原子弹试验,威力约为2万吨梯恩梯当量。同年8月6日和9日，美国向日本广岛和长崎空投了两颗原子弹,造成约21万人的伤亡。战后,苏联、英国、法国、中国也相继研制成功原子弹。原子弹的出现，标志着军事技术发展到一个新的阶段。1952年11月1日，美国进行了以液态氘为装料的氢弹原理试验，威力约1000万吨梯恩梯当量，但实验装置非常笨重，不能用作武器。1954年2月,美国又进行了氢弹试验。1955年11月22日，苏联进行了以固态氘化锂6为装料的氢弹试验，使氢弹的实用成为可能。以后，英国、中国、法国相继研制成功氢弹。50年代末，有的国家开始研制根据不同作战要求而增强或减弱某些杀伤破坏效应的特种核武器，如中子弹(又称增强辐射弹)、减少剩余放射性弹(即冲击波弹)、感生放射性弹、核电磁脉冲弹等。核武器系统一般由核武器及其投掷发射系统和指挥控制系统组成。最先用作核武器投掷发射工具的是战略轰炸机。
导弹，特别是核导弹的出现，是军事技术的一个重大发展。第二次世界大战以后,美、苏两国在德国V-1巡航导弹和V-2弹道导弹的基础上,开始发展中、远程巡航导弹和弹道导弹。由于50年代时巡航导弹存在着飞行速度低、制导误差大、易被对方拦截等缺点，所以重点发展弹道导弹。1957年8月,苏联首次发射洲际弹道导弹成功。1958年11月，美国的洲际弹道导弹也发射成功。导弹与核武器相结合，具有射程远、速度快、命中精度高和杀伤威力大等特点，使战争的突然性和破坏性空前增大，作战范围进一步扩展，前后方的差别进一步缩小。70年代以来，为提高核导弹自身的生存能力，开始研制机动作战能力更强、反应能力更快的机动发射的核导弹。另外，由于电子技术、制导技术和小型涡轮风扇喷气技术的发展，巡航核导弹重新受到重视。
核武器按其作战任务不同,通常划分为战略核武器和战术核武器两大类。战略核武器主要有陆基洲际核导弹，潜基弹道核导弹，战略轰炸机携带的核炸弹、近程核导弹和巡航核导弹,以及反弹道导弹核导弹等,用于攻击对方军事基地、军事指挥中心、政治经济中心、交通枢纽等战略目标或保卫己方的战略要地。战术核武器主要有近程地地核导弹、战术轰炸机携带的核炸弹、舰舰和舰空核导弹、反潜核导弹、核深水炸弹、核炮弹、核地雷等，用于支援部队作战,打击直接影响对方作战行动的重要战术目标,如导弹发射阵地、指挥所、集结的部队等。
化学武器是用毒剂大规模杀伤有生力量的武器，具有杀伤范围大、中毒途径多、作用时间长、不破坏物资与设施等特点。一元化学武器已在战争中多次使用，有的国家已大量装备部队。在生产、贮存、运输和勤务处理过程中安全性更好的二元化学武器已经出现。
生物武器是利用各种生物战剂使人、畜致病，农作物受害的特种武器，主要用于战略目的。
