Die in Deutschland stationierten Kernwaffen sind Freifallbomben. Diese Bomben müssen durch Flugzeuge an ihr Ziel transportiert werden und fallen nach dem Ausklinken antriebslos zu Boden. Derzeit sind US-Bomben des Typs B61-3 bzw. B61-4 stationiert. Beide Typen wurden von 1979 bis 89 produziert und gehören zu den dienstältesten Nuklearwaffen im amerikanischen Arsenal. Alle B61-Bomben sind thermonukleare Waffen (”Wasserstoffbomben”), d.h. sie kombinieren Kernspaltung und Kernfusion. Die B61-3 hat eine einstellbare Sprengkraft von 0,3/1,5/60 bzw. 170 Kilotonnen TNT-Äquivalent (kt), die B61-4 von 0,3/1,5/10 bzw. 45 kt. Zum Vergleich: Die Waffe, die 1945 Hiroshima in Schutt und Asche legte, hatte eine Sprengkraft von 13 kt und beruhte alleinig auf Kernspaltung.
Die Freifallbomben werden derzeit von den Kernwaffenlaboren der USA zum Typ B61-12 modernisiert. Das dortige Programm zielt offiziell auf eine Lebenszeitverlängerung der Waffen ab. Durch einige neuere Komponenten (vgl. Graphik) verbessert sich jedoch das Leistungsprofil der Bombe, sodass eher von einer Modernisierung gesprochen werden sollte. Die B61-12 wird vier wählbare Stärken haben, die den Sprengkraftstufen der B61-4 entsprechen. Bewegliche Heckflügel und eine Steuerungselektronik erhöhen die Zielgenauigkeit. Die Technik erlaubt es auch, die Waffe im Fallen etwas vom Abwurfpunkt weg zu manövrieren („standoff“-Fähigkeit). Durch Probleme mit Bauteilen verzögert sich aktuell der Produktionsbeginn auf 2022. Anschließend sollen die Kernwaffen in Deutschland ausgetauscht werden. Die Kosten der Modernisierung tragen die USA.
Die derzeit in Büchel gelagerten B61-Bomben sind durch spezielle Schutzmaßnahmen vor unbefugter Nutzung geschützt. Sie lassen sich erst nach Eingabe eines zwölfstelligen Passwortes scharfschalten (“Permissive Action Link”). Daneben sind die Nuklearwaffen auch vor Unfällen geschützt. Die im Design verwendeten konventionellen Sprengstoffe sind insensitiv, d.h. sie explodieren auch bei hohen Temperaturen (z.B. Feuer) oder mechanischem Einfluss nicht. Die Kernwaffen des Typs B61 haben jedoch keine feuerresistenten Kerne (sogenannte Fire Resistant Pits), sodass im Falle eines Brandes Kontaminationen mit hochtoxischen Substanzen wie etwa Plutonium nicht ausgeschlossen werden können. Feuerresistente Pits sind in vielen anderen Nuklearwaffen der USA üblich.