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。其威力相当于广岛原子弹的四分之一，相当4000发155毫米炮弹的威力。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。

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武器之一。美国认为在不使用战略核武器的情况下，原子炮是对付苏联钢铁洪流的最有效武器。同时期，美国还研制了可以发射核炮弹的迫机炮，但是这种武器射程不远，但爆炸范围广，可能会造成己方发射人员的伤亡，只做应急使用。

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。

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。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。

后来，核炮弹进一步小型化。1963年列装的Mk48核炮弹用155毫米自行榴弹炮、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现代化。研制了爆炸当量可以控制、辐射强度得到加强的中子弹。