Lidé, kteří viděli výbuch atomové bomby, popisovali že viděli na obloze "další slunce".
Bomba explodovala nad tzv. Letzelovým domem, dnes označovaném jako "atomový dóm". Tato budova, projektovaná českým architektem Janem Letzelem, přežila výbuch téměř bez úhony.
Exploze bomby o síle patnácti kilotun trinitrotoulenu (TNT) uvolnila obrovské množství energie. Ta se proměnila v teplo, tlakovou vlnu a záření gamma. Při samotném výbuchu byla v jeho centru teplota několik milionů stupňů celsia, teplota v místě pod výbuchem bomby, tak zvaném hypocentru, vzrostla v okamžiku na čtyři tisíce stupňů celsia. Z lidí, kteří se nacházeli blízko centra výbuchu zbyly jen stíny na zdech. Tlaková vlna se od hypocentra pohybovala rychlostí dvou set osmdesáti metrů za vteřinu a postupně zpomalovala. Ale i kilometr od centra výbuchu byla rychlost větru vyšší, než při hurikánech a tlaková vlna zlikvidovala všechny cihlové budovy. Právě tlaková vlna způsobila v Hirošimě nejvíce škod.
Množství radiace, kterému byly oběti v Hirošimě vystaveny, bylo šestsetkrát vyšší, než u standardního lékařského rentgenu. Ozáření zasáhlo zvláště nenarozené děti, mnoho jich zemřelo ještě v matčině těle. Mezi těmi, kdo přežily až do dospělosti, byla mnohem vyšší úmrtnost, než mezi plody nevystavenými záření.
Bomba svržená na Hirošimu obsahovala na rozdíl od své "sestry" z Nagasaki jako štěpný marteriál Uran 235, nad Nagasaki explodovala bomba, v níž bylo použito Plutonium 239. Bomba vážila čtyři tuny a původně se předpokládalo, že její výbuch odpovídal síle dvaceti kilotun TNT. Odhad byl později opraven na 15 kilotun. Bomba měla tvar válce a jejím cílem byl most Aioi ve tvaru T, který spojoval východní a západní část města s jižní.
V den výbuchu se v Hirošimě nacházelo mnoho lidí z okolních vesnic, kteří pomáhali s odklízením trosek po bombardování americkými letadly. Po výbuchu vypukly požáry, které vše v okruhu dvou kilometrů spálily.
"Bílé světlo naplnilo letadlo," napsal plukovník Paul Tibbets, pilot letounu Enola Gay, bombardéru B-29, který shodil prnví atomovou bombu. "Obrátili jsme se a podívali na Hirošimu. Město bylo skryto pod tím strašlivým mrakem... rostoucím do houbovitého tvaru. Na chvíli všichni mlčeli. Pak křičeli jeden přes druhého. "Podívejte se na to! Podívejte se na to! Podívejte se na to!" volal druhý pilot Robert Lewis a klepal Tibbetsovi do ramene. Poté se otočil a napsal si do deníku: "Můj bože, co jsme to udělali?" Letoun se vrátil na ostrov Tinian dvě minuty před třetí hodinou odpoledne, dvanáct hodin a třináct minut od startu.
Enola Gay byla poté použita i při náletu na Nagasaki jako meteorologické letadlo.
Nad Nagasaki explodovala bomba, v níž bylo použito Plutonium 239. Bomba vybuchla ve výšce přibližně půl kilometru nad městem a odpovídala explozi přibližně dvaadvaceti kilotun TNT. Bomba měla kulovitý tvar, proto získala přezdívku "Fat Man" V nagasacké bombě bylo plutonium uloženo v kulovité schráně, rozdělené na podkritická množství. Schránka byla obalena trhavinou, jejíž výbuch spojil podkritická množství v kritické a započal nukleární reakci.
Výzkum atomové bomby provádělo několik zemí včetně Německa, ale ve spojených státech byla výroba atomové bomby pod kódovým názvem "Projekt Manhattan" zahájena již v roce 1942. Projekt byl přísně utajen, podíleli se na něm přední vědci a stál velké množství peněz. 16. července 1945 byl proveden v poušti v Novém Mexiku první úspěšný nukleární výbuch. Po obou explozích Japonsko 15. srpna 1945 přijalo Postupimskou deklaraci a kapitulovalo.
Obchodní čtvrť v Hirošimě v listopadu 1945 Obrovský atomový hřib přibližně hodinu po svržení bomby Stín muže na schodech
