用於執行戰役戰術任務，打擊對方戰役戰術縱深內重要目標的核武器。戰術核武器系統一般由威力較低的核彈和射（航）程較短的投擲發射系統及其指揮控制系統等組成。戰術核武器包括：近程地地核導彈、戰術飛機攜帶的核炸彈、戰術巡航核導彈、艦艦和艦空核導彈、反潛核導彈、核深水炸彈、核炮彈、核地雷等。美國還使用過“戰區核武器”、“非戰略核武器”的名稱，並把中遠端、中程核導彈也劃歸這一類核武器。蘇聯還劃分有“戰役戰術核武器”。這這些劃分方法與地理條件、社會政治因素有關，這也說明戰術核武器與戰略核武器的界限並不十分嚴格。與戰略核武器相比，戰術核武器機動性能好；投擲系統的射（航）程較短，一般為數十千米至數百千米；核彈的威力較小，多數為數千至數萬噸梯恩梯當量，個別的也有高達數十萬噸梯恩梯當量的核炸彈和低至10噸梯恩梯當量的特種核地雷。
美國於1952年部署第一種適合於戰術飛機攜帶的輕型核炸彈和第一種280毫米加農炮原子炮彈，1953年開始把戰術核武器部署到西歐，1954年開始裝備戰術地地核導彈，1955年開始設計與生產各種反潛核武器。60年代，開始大量生產更小、更安全的戰術核彈頭。70年代，開始研制新的性能更好、威力可調的通用核彈，以取代固定威力的近程核導彈彈頭和老式核炸彈。80年代，開始致力於實施戰術核武器現代化，包括提高射程和命中精度，提高打擊目標能力，增強機動性和分散性，研制更安全、可靠的核彈等。同時，為適應作戰要求，還致力於研制特殊性能的戰術核武器，即增強核爆炸的某一種殺傷破壞效應、削弱其他殺傷破壞效應的戰術核武器。如W79型的中子炮彈核戰鬥部、W70型的地地“長矛”導彈中子彈頭核戰鬥部以及弱剩餘放射性彈（即沖擊波彈）等。90年代以來，美國戰術核武器發展的重點轉向更加實用的高精度、低威力的鉆地核武器，用以打擊地下生物、化學武器庫和地下指揮所等軍事目標。
蘇聯50年代開始發展戰術核炸彈。1955年，第一種近程核導彈開始服役。1957年，開始在東歐部署戰術核武器。1977年，首次部署瞭機動式固體燃料SS–20多彈頭中程核導彈，進一步提高瞭戰術核武器的射程、命中精度、可靠性和生存能力，縮短瞭戰備反應時間和再裝填時間，顯著增強瞭戰術核武器的實力。90年代以來，俄羅斯重點發展更加實用的低威力戰術核武器。
1986年，美、蘇兩國的戰術核武器數量之和達到歷史上最高峰（41 400多枚），約占全世界42 500多枚戰術核武器總數的95％以上。
隨著軍備控制形勢的發展，1987年12月8日，美、蘇兩國簽署瞭《美蘇關於消除兩國中程導彈和中短程導彈條約》（簡稱《中導條約》）。按此條約的規定，兩國核武器庫中的中程（射程1 000～5 500千米）和中短程（射程500～1 000千米）戰術核導彈及其發射裝置和輔助設備將全部銷毀。法國於1996年宣佈撤銷陸基中程核導彈的部署。英國也於1998年宣佈撤銷其核炸彈的部署。