1953年5月25日，在美国内华达州进行了原子炮的第一次射击试验。小型蘑菇云的腾起，昭示着一种新型战术核武器已经诞生。
美国第一门原子炮口径为280毫米，射程32千米，以水压装弹。其威力相当于广岛型原子弹的四分之一，相当4000发155毫米炮弹的威力。这种原子炮的编号为“280毫米A型炮”，一个原子炮兵连包括：2门原子炮、4辆牵引车和8辆运送核炮弹和人员的卡车。
2B1型406毫米原子炮
原子炮试射成功后，很快就运到冷战的最前线——西德的莱茵河地区。当时，美军驻西德部队部署一个原子炮兵营，6门原子大炮，成为北约对付华约最重要的利器。
280毫米原子炮一直使用到1963年。随着核炮弹从Mk9改进到Mk19/W19而逐步小型化，这种280毫米的原子大炮也作为预备兵器封存起来。
280毫米AFAP型核炮弹（前）和406毫米MK23型核炮弹
在核炮弹的研制上，美军也不甘落后。早在1953年，美海军就着手研制用于“衣阿华”级战列舰上406毫米火炮的核炮弹，1956年开始列装，并命名为“Mk23/W23”核炮弹。它和美国陆军的核炮弹一样，为内爆式核弹头。但是，这些装备核炮弹的美军舰艇于1955年相继退役。这样，Mk23核炮弹一直未能在实战中使用，直到1959年退出现役。再后来，“依阿华”级战列舰中，有的又回归现役，但是，已不再配置核炮弹，其核攻击任务由“战斧”巡航导弹来担当。
Mk32型核炮弹
与此同时，美陆军对核炮弹的研制也乐此不疲。开始时，美军专心致力于研制240毫米原子炮及相应的Mk32核炮弹，后来转而研制203毫米的可发射核炮弹的榴弹炮。相对应的核炮弹为Mk33型，1956年达到实用化。在核炮弹上都配有安全装置和指令失效装置，以防止未经批准而动用，或在可使用状态下被恐怖窃取。
Mk48核炮弹
后来，核炮弹进一步小型化。1963年列装的Mk48核炮弹用155毫米的M109Al/A2自行榴弹炮、M198牵引榴弹炮和M114A1榴弹炮发射，弹长864毫米，重量仅为54千克，只相当于Mk33的一半，其威力减小到1000吨当量。到20世纪80年代末，美军已部署了约5000枚核炮弹。
20世纪60年代末70年代初，美军为了推动核炮弹的现代化，又开始研制新型核炮弹，也就是开始研制可供203毫米榴弹炮使用的W75及供155毫米榴弹炮使用的W74两种核弹头，但是，研制工作于1973年停止了，这是因为爆炸当量可以控制、辐射强度得到加强的中子弹的研制工作获得了发展。
W79型中子弹
这种中子弹叫做W79，1973年开始研制，1981年试制成功并投入使用。W79-0型有两种使用方式，一是裂变，一是做中子弹用。W79-1型中子弹的爆炸当量降低了50%，为2000吨当量，最初生产了800多发，有大约300多发配发给部队。还有一种口径为155毫米的核炮弹叫做W82，弹头长871毫米，重量只有43千克。这种弹1976年开始研制，1981年投入生产，爆炸当量低于2000吨，生产了2000发。美军从1986年起将它作为实战装备使用。
