В результате образуется горячий пузырь раскаленных газов, так называемый огненный шар, который, расширяясь, стремительно поднимается вверх. Этот шар порождает ударную волну высокого давления. Кроме того, возникает интенсивный тепловой импульс; он излучает энергию в том же диапазоне длин волн, что и солнечный свет. Яркая вспышка света продолжается несколько секунд.
Поднимаясь, огненный шар все более разрастается, приобретая характерные очертания грибовидного облака и увлекая за собой различные материалы с поверхности Земли: пыль, сажу и радиоактивные вещества, порожденные взрывом. Эти материалы образуют «ствол» грибовидного облака. По мере подъема и расширения огненный шар охлаждается. Если мощность взрыва составляет порядка мегатонны, то верхушка «гриба» достигает стратосферы.
При взрыве ядерного оружия в атмосфере — на высотах до 30 км — примерно треть энергии высвобождается в виде теплового излучения, половину уносит ударная волна, а остальную часть — радиоактивное излучение.