核武器爆炸時，產生一個強大的瞬變電磁場，並且像電磁波一樣輻射到周圍空間。這就是一般所說的核電磁脈衝，簡稱電磁脈衝。電磁脈衝是核爆炸瞬發γ射線與周圍物質（主要是大氣）發生作用產生的一種特殊輻射環境，有時稱為環境電磁脈衝。由於爆炸的空間環境不同，產生的物理過程也有些差別，主要有三種機制：康普頓電流機制、電子與地磁場相互作用機制和地磁場的排斥機制。
康普頓電流機制 低空核爆炸炸時主要是康普頓電流機制。核爆炸產生極強的瞬時γ射線，在彈殼及空氣中打出大量的電子（康普頓效應），這些電子稱為康普頓電子，沿徑向快速飛散，而將正離子留下，形成電荷分離，建立起突然增強的徑向電場。康普頓電子在飛散過程中，從空氣分子中打出大量的次級電子，使周圍的空氣電離。每一個初始能量約為1兆電子伏的康普頓電子，在空氣中沿著它的路徑產生約30000個電子-離子對。這些次級電子被徑向電場拉向爆炸中心，與正離子復合，阻止徑向電場繼續增大而趨向一個穩定值，稱為飽和場。飽和場的強度可高達105伏/米的量級。由於周圍大氣的密度隨高度而變化，以及核武器本身的結構不對稱等原因，康普頓電流和電子回流不是球對稱分佈，其作用好像從爆心一個電偶極子輻射出極強的電磁脈沖。因此，從爆心向外，對於低空核爆炸，核電磁脈沖可大致分為三個區域：①在爆心附近1～2公裡內稱為源區（半徑隨當量稍增大），在此區域內主要是徑向場；②數公裡以外為輻射場區；③源區和徑向場之間為過渡區。徑向場的初始階段與γ通量成正比上升，隨後偏離逐漸趨於飽和值。當γ源除去後，由於空氣中正、負離子復合，電場又逐漸消失。但是，因離子復合速度較慢，電場下降也較慢（圖1)。典型的源區徑向場波形如圖2a、b；輻射場電磁脈沖如圖3。
地面核爆炸時，最主要的仍然是康普頓電流機制。地面的電導率遠比空氣中爆點附近的電導率大，這使得近地面的水平電場削弱，徑向電場主要出現在與地面垂直的方向上。另外，地面的電子回流和空氣中的康普頓電流形成電流環，激勵出強大的方位磁場。整個電場和磁場的分佈，相當於垂直地面的偶極子。因此，地面核爆炸也輻射出很強的電磁脈沖。
電子與地磁場相互作用機制 對於高空核爆炸產生的電磁脈沖，主要的是電子與地磁場相互作用機制。這時，核爆炸產生的γ射線被20～40公裡高度的大氣層所吸收，產生大量的康普頓電子流，分佈在十分廣闊的區域裡。高空空氣十分稀薄，康普頓電子射程與在20公裡以下大氣層的相比要大得多。在地磁場作用下，康普頓電子發生回旋運動，形成極強的環形電流。這時，就像磁偶極子向外輻射出很強的電磁脈沖，其橫向分量較垂直分量大得多。
地磁場排斥機制 在核爆炸瞬間，中心區域是高度電離的物質。高溫和高壓使其快速膨脹，但由於外面的地磁場不能穿透到等離子體內，於是周圍的地磁場受到壓縮，產生磁流體力學波向外傳播。這就是所說的地磁排斥機制。這種電磁脈沖信號的頻率較低，出現時間較晚。但在高空核爆炸中由於空氣稀薄，等離子體膨脹速度極快，影響范圍大；而在地下核爆炸，地磁場又較密集。因此，這種機制產生的低頻電磁脈沖在高空核爆炸和地下核爆炸中較之低空和地面核爆炸更為顯著。
核電磁脈沖的性質 核電磁脈沖具有一系列特殊的性質，既不同於一般持續發射的電磁波，也不同於閃電的集中放電。核電磁脈沖的上升時間很陡(10-8秒)，即頻帶很寬，幾乎覆蓋整個無線電頻段；分佈面很廣，尤其在高空核爆炸時可直接作用到地球的很大一部分（數千公裡范圍）。雷擊現象時，雖然電流較集中，但隻發生在局部地區。核電磁脈沖的場強高達105伏/米量級，比一般雷達站和無線電臺的輻射場強大得多。在近區，其波形與爆炸的性質及核反應過程有關。
除瞭核爆炸直接產生電磁脈沖輻射之外，核爆炸產生的輻射還嚴重破壞電離層的平衡，產生附加的電離區，使正常的電磁波傳播發生衰減、折射和反射現象，造成無線電廣播、通信的中斷和雷達的盲區（見核爆炸電波傳播效應）。
核電磁脈沖由於場強很高，分佈面又廣，受到人們極大的重視。在軍事方面，由於現代化的武器裝備越來越廣泛地采用電子技術，特別是半導體器件和功能復雜的電子線路，極易遭受核電磁脈沖的幹擾破壞甚至被燒毀。一些重要的民用設施，如廣播、通信、反應堆、電站等的電氣電子系統，都須解決對核電磁脈沖的防護和加固問題。在核試驗中，各項測試項目也經常遭到電磁幹擾，解決測試的電磁幹擾也屬於核電磁脈沖防護問題。
此外，對於遠區核電磁脈沖傳播和性質的研究，有助於利用核電磁脈沖作為一種偵察手段。在核試驗中，也可以利用核電磁脈沖信號測量武器的某些核反應參數。