פירוק נשק גרעיני הוא תהליך של צמצום מלאי הנשק הגרעיני הקיים בעולם, המושג לרוב תוך שימוש בדיפלומטיה והסכמים בינלאומיים.
מצדדי פירוק הנשק הגרעיני טוענים כי הוא יפחית את הסיכוי להתרחשות מלחמה גרעינית, במיוחד כתוצאה מטעות. מתנגדי פירוק הנשק הגרעיני טוענים כי מעשה כזה יפחית את גורם ההרתעה, גורם אשר מנע פריצת מלחמה גרעינית, מאז מלחמת העולם השנייה.
התנועה לפירוק הנשק הגרעיני קיבלה ביטויים שונים במדינות שונות. בארצות הברית, שם נוצרו כלי הנשק הגרעיניים הראשונים בעולם, היו לתנועה תומכים בולטים בשנים הראשונות של המלחמה הקרה, אשר טענו כי בעזרת ארגון בינלאומי ניתן לאכוף איסור על יצירת כלי נשק גרעיניים. בשנות השישים קמה בארצות הברית תנועה עממית חזקה יותר נגד הנשק הגרעיני, פעולות התנועה התמקדו בנשורת הגרעינית כתוצאה מניסויים בנשק גרעיני. לאחר חתימת האמנה על איסור חלקי על ניסויים גרעיניים, אשר כללה איסור על ניסויי פיצוץ אטומי באטמוספירה החל מיום 10 באוקטובר 1963[1], הייתה רגיעת מה בפעילות הציבורית נגד פיתוח כלי נשק גרעיניים. בשנות השמונים שוב החלה להישמע הקריאה העממית נגד פיתוח כלי נשק גרעיניים, לאור קריאתו של הנשיא רונלד רייגן להמשיך בפיתוח כלי נשק אלה. עם תום המלחמה הקרה, בשנות התשעים, גוועה שוב תנועת ההתנגדות לכלי נשק גרעיניים.
בברית המועצות היו הקולות נגד הפצת נשק גרעיני מעטים וחלשים. בין הבולטים בהשמעת קולם נגד הנשק הגרעיני היה אנדריי סחרוב.
דרום אפריקה בשלטון האפרטהייד הייתה המדינה היחידה בעולם כולו אשר התפרקה באופן פומבי ממאגר כלי הנשק הגרעיניים שלה. לדרום אפריקה היה מאגר של כשישה כלי נשק גרעיניים בתקופת שנות השמונים, אך הם פורקו בתחילת שנות התשעים, לפי דיווחים שונים ישראל סִיעָה לדרום אפריקה בפיתוח הנשק הגרעיני שלו.
לאחר התפרקות ברית המועצות מצאו עצמן מספר רפובליקות סובייטיות לשעבר (בלארוס, אוקראינה וקזחסטן) מחזיקות בכלי נשק גרעיניים סובייטיים, אך הן העבירו את כלי הנשק לרשות רוסיה. יחד עם זאת, קיים דיווח כי עקב טעות פקידותית נותרו ברשות אוקראינה מספר טילים גרעיניים.
ברוב המקרים משתמשים בחומר הפעיל מהנשק המפורק בהפקת חשמל באמצעות אנרגיה גרעינית.[2]
המדינות הבאות הודו, נכון לשנת 2006, בהחזקת נשק גרעיני, בין באופן מפורש ובין במשתמע, על ידי ביצוע ניסוי בפיצוץ גרעיני: ארצות הברית, רוסיה, בריטניה, צרפת, סין, הודו, פקיסטן, קוריאה הצפונית.
על פי דיווחים מסוימים, גם בידי מדינת ישראל נשק גרעיני, למרות שמעולם לא הודתה בזאת. באיראן פועלת כעת תוכנית מחקר גרעיני העלולה להביא אותה, לדעת מומחים, ליכולת פיתוח נשק גרעיני בעתיד. בשנת 2003 הכריזו גורמי ממשלה בערב הסעודית כי המדינה שוקלת לפתח נשק גרעיני משלה, אולם הכחישו כי המדינה כבר נקטה צעדים מעשיים כלשהם בכיוון זה.