由於核彈的威力巨大，一直以來，空軍轟炸機和攻擊機在投擲核彈時，首先考慮的是投彈以後載機如何能逃脫核彈的爆炸範圍，如何能使核彈爆炸以後產生的強烈光輻射、衝擊波、電磁輻射和核輻射對載機的影響降到最低，從而保護飛機和飛行員。
在1945年美國計劃向日本投擲原子彈時，首先考慮的也是負責投擲原子彈的轟炸機能否安全返航。經過計算可以得知，小男孩原子彈的爆炸安全距離在12公里左右。當原子彈被投擲出後將繼續以自由落體向前飛行大約6公里並在45秒鐘以後爆炸，而這架B-29轟炸機投彈以後要立即轉彎並以560公里每小時的時速向相反方向飛行大約6公里多，兩者距離加起來至少有13公里多，這樣就可以逃脫原子彈的爆炸殺傷範圍。
即便如此，據負責投擲原子彈的美軍飛行員回憶，當時還是感覺到了明顯的劇烈衝擊波從飛機後方吹來。幸好已經飛遠，否則飛機都可能被巨大沖擊波肢解。
歷史上最危險的核彈投擲任務，還是要數1961年10月30日蘇聯在北冰洋新地島投擲的威力達到5000萬噸TNT當量的氫彈試驗——“核彈沙皇”。
為了保護投彈的圖-95戰略轟炸機的安全，蘇聯空軍特地在轟炸機表面塗抹上了銀白色的反光材料，以防止核爆炸的光輻射。對轟炸機進行了結構加強和電磁遮蔽，以防止氫彈的爆炸衝擊波和電磁脈衝干擾。
為了試爆人員的安全考量，特別“核彈沙皇”加裝了一副重達800公斤的減速傘，以延遲氫彈釋放墜落後的時間與速度（釋放後到起爆時差為188秒），以便讓任務機與觀測機能夠撤到距離核爆點45公里以外的安全範圍。就是這樣，這架圖-95戰略轟炸機還是差點被解體了，機體結構遭到了嚴重破壞，不過還算幸運，這架圖-95轟炸機最終平安降落了。
上圖為1958年7月12日，美軍在太平洋比基尼環礁進行的代號“硬麵餅-1”（Hardtack I）系列核爆試驗中的“白楊樹”（Poplar）試驗，測得TNT當量為930萬噸。可以明顯看出核爆炸以後的強烈衝擊波對觀測機的影響。
中國第一次空投氫彈試爆時是採用了一架轟-6甲轟炸機。這架我國空軍的轟-6甲轟炸機的外表雪白塗裝，正是為了投擲氫彈設計的。我們知道，核武器發生爆炸時會產生大量的光、熱和衝擊波，其中光輻射佔到了35%，這種強光比我們平時照射的陽光強烈上千倍，投放核武器的飛機也會被灼傷，為了避免被這種強光照射，投擲核武器的轟-6被塗裝成了白色，因為白色可以反射所有光源。
1967年6月17日，空軍的轟-6甲4251號轟炸機執行了氫彈投擲任務，成功將一枚氫彈投放到位於羅布泊的核試驗場的靶心，這枚氫彈的設計當量為200萬噸左右，實際爆炸當量高達330萬噸，重量也高達4噸左右，氫彈爆炸以後，一個比“比太陽還亮10000倍”的巨大閃光火球升起，向世界宣告中國擁有了自己的氫彈。空投核彈成為中國最重要的核威懾手段之一。
在70年代，我國又專門研發裝備了一種實戰化的小型戰術核武器——“狂飆一號”氫彈，該彈長約2米，重量只有幾百公斤，使用專門設計的強-5甲核攻擊機。
為了確保強-5甲飛行員的生命安全，強-5甲採用上仰甩投的方式來投放氫彈。先從低空進入目標區，然後猛的拉起飛機，進行近似垂直的大角度爬升，在飛機高速爬升的一瞬間將核彈丟擲，完成投彈後的強-5甲立即轉彎脫離核彈投擲空域，加速離開危險區。強-5甲採用這種投彈方案，能夠躲過氫彈的殺傷範圍，還可以獲得較大的加速度儘快離場。
這個漂亮的甩投動作，叫戰術甩投轟炸，包括向前甩投轟炸（Pop-up）和越肩轟炸（Over the shoulder）兩類動作。首先是由北約空軍發明並應用於執行投放新型核炸彈的任務。轟炸目標主要是敵方的機場、鐵路站點、橋樑等重要節點。北約方面希望可以藉助核轟炸來遲滯或遏止蘇軍龐大的坦克叢集軍的恐怖攻勢。因為投放的是核炸彈，所以為了保護飛行員，該機投放炸彈時使用了一種全新的戰術動作。
1972年1月7日，中國實施了一次強-5甲強擊機上仰甩投氫彈的試驗，這也是我國首次投擲小型氫彈的實彈。如果中蘇在70年代爆發全面戰爭，解放軍空軍的強-5甲核攻擊機可以攜帶核彈，從海拉爾機場起飛，直接突擊蘇聯後貝加爾地區的戰略薄弱地帶、西伯利亞鐵路沿線編組站和重兵集結地。
由於強-5甲的燃油較少，在執行低-低-低任務剖面時，典型作戰半徑僅為300公里，改裝後的強-5甲也僅為500公里。蘇聯境內的很多地面目標的距離都超過了強-5甲的作戰半徑，是很悲壯的作戰行動。所以這些強-5甲核攻擊機有了一個響亮的綽號：“西伯利亞單程快車”！
