Как и при землетрясениях, для записи колебаний, вызванных взрывом, используются специальные приборы — сейсмографы. Основной частью сейсмографа является маятник, к которому присоединяется регистрирующее устройство для записи колебаний. Для обнаружения слабых сейсмических сигналов пользуются электрическими методами регистрации, которые обеспечивают достаточное усиление сигнала. Сейсмографы бывают вертикальные и горизонтальные, в зависимости от того, какую составляющую колебаний они должны записывать. Контрольные посты, ведущие сейсмические наблюдения, оборудуются несколькими вертикальными и горизонтальными сейсмографами, расположенными на определенном расстоянии друг от друга. Места для их установки желательно выбирать в районах с минимальным уровнем естественных землетрясений, создающих сигналы, сходные с теми, которые производятся взрывом. С помощью сейсмограмм можно определить место взрыва и оценить его мощность.
В сентябре 1957 года на атомном полигоне в Неваде американцы произвели подземный взрыв атомной бомбы, эквивалентной по мощности взрыву 1700 тонн тротила. Бомба была взорвана в горной породе (вулканический туф) на глубине 270 метров. В первое время после взрыва представители комиссии по атомной энергии США утверждали, что этот взрыв нельзя было обнаружить на расстояниях более 400 километров, и тем самым пытались преуменьшить возможности средств дальнего обнаружения ядерных взрывов. В действительности взрывные волны были зафиксированы на расстояниях около 4000 километров. Совещание экспертов подтвердило, что подобные ядерные взрывы могут быть обнаружены в местах с низким уровнем фона на расстояниях порядка 3500 километров.
Ядерные взрывы в атмосфере быстро могут быть обнаружены способом, основанным на регистрации возникающих при взрыве электромагнитных волн, которые распространяются в воздухе со скоростью 300 000 км/сек. Эти волны в виде радиоимпульсов можно зарегистрировать специальными радиоприемными устройствами.
При подземных и подводных взрывах не бывает радиоизлучения, которое могло бы быть зарегистрировано на больших расстояниях современной техникой. Причиной радиосигналов является гамма-излучение, сопровождающее взрыв. Сила сигналов зависит от высоты и мощности взрыва и от некоторых особенностей конструкции бомбы.
Взрыв ядерного заряда с тротиловым эквивалентом в 1000 тонн может быть обнаружен на расстоянии более 6000 километров при отсутствии в районе приемной станции высокого уровня шума от местных гроз или других источников помех. Методами радиопеленгации возможно определение направления на центр взрыва с точностью около 2 градусов, а времени взрыва — с точностью до нескольких миллисекунд. Регистрация радиосигналов может быть использована для обнаружения ядерных взрывов, производимых вплоть до высот порядка тысячи километров.
При ядерном взрыве образуется большое количество радиоактивных веществ. Если происходит реакция расщепления урана или плутония, то возникают продукты деления (изотопы стронция, бария, иода и многих других элементов). Термоядерные реакции приводят к образованию углерода 14, трития и некоторых других веществ, например марганца 54, который образуется при действии быстрых нейтронов на железо 54.
Японские ученые, произведя анализ радиоактивной пыли, выпавшей на судно «Счастливый дракон» после взрыва 1 марта 1954 года, обнаружили в ней значительное количество урана 237. Этот изотоп образуется в результате поглощения ураном 238 одного сверхбыстрого нейтрона и последующего испускания двух нейтронов. Нейтронов с очень большой энергией при реакции деления возникает чрезвычайно мало, тогда как при термоядерной реакции они имеются в большом количестве. На основании этих соображений, а также учитывая масштабы радиоактивного заражения, и был сделан вывод о том, что американцы взорвали тогда водородно-урановую бомбу (термоядерный заряд с урановой оболочкой).
Для взятия радиоактивных проб у поверхности земли используются фильтрующие установки с достаточно большой пропускной способностью, а для сбора радиоактивных осадков — различные планшеты. Кроме того, для забора проб воздуха вместе с содержащейся в нем пылью применяются фильтры, установленные на самолетах. Измерение активности фильтра и анализ отобранных проб производятся в радиометрических лабораториях.
Систематические наблюдения за воздухом и осадками дают возможность обнаружить ядерный взрыв по появлению повышенной радиоактивности. Так, активность дождевой воды, измеренная в 1954 году в различных пунктах Японии, резко возрастала после каждого ядерного взрыва на Бикини.