Zjawisko fali uderzeniowej jest rozprzestrzenianiem się gazów w gwałtowny sposób. Na dużych odległościach prędkość przemieszczania się fali uderzeniowej osiąga prędkość rozchodzenia się dźwięku (tj. ponad 1250 km/h), a na początku wybuchu jest o wiele większa. W początkowej fazie nawet wiatry mają więkze prędkości. Przyczyną powstania zjawiska fali uderzeniowej jest wysokie ciśnienie w okolicach miejsca wybuchu, które dąży do wyrównania się z ciśnieniem sąsiadujących gazów. W efekcie gęstsze gazy napierają na materię z siłą mogącą w swym maksimum rozkruszyć beton i stal. Pierwotne wysokie ciśnienie pochodzi z nagrzanej promieniowaniem plazmy w kuli ognistej. Przejście fali uderzeniowej można rozważać jako otaczanie przedmiotu przez gęste gazy, przy czym nie otaczają go one natychmiast w jednej chwili, tylko najpierw napierają bardziej z jednej strony, a dopiero później docierają na drugą i wtedy siły się równoważą. Ponadto pod wpływem takiego wysokiego ciśnienia przedmioty całkiem nim otoczone mogą zapadać się do wewnątrz. Jest to tak zwane nadciśnienie i mierzy się je względem normalnego ciśnienia panującego na poziomie morza, czyli ciśnienia atmosferycznego. Można je porównać do zwiększonego ciśnienia panującego w baloniku, oczywiście na dużo większą skalę. Ale istnieje także zjawisko zwane ciśnieniem dynamicznym, które związane jest wiatrem powstającym, gdy gazy przemieszczają się od miejsca większego ciśnienia do miejsca mniejszego ciśnienia. Prędkość tego wiatru przekracza prędkości wiatrów w najsilniejszych huraganach i osiąga ponad 640 km/h (w zależności od strefy).
Ciśnienie dynamiczne zależy od wartości prędkości wiatru, ale nie od jego kierunku, podczas gdy nadciśnienie może mieć wartość ujemną i nazywa się je wtedy podciśnieniem. W eksplozji atomowej największa wartość ciśnienia dynamicznego następuje tuż po eksplozji, gdy gazy mają duże prędkości. Później górę bierze nadciśnienie, którego działanie ilustruje w uproszczeniu rysunek obok. Uderzenie czoła fali wysokiego ciśnienia następuje niespodzianie, nie poprzedzone żadnym odgłosem, gdyż rozprzestrzenia się szybciej niż dźwięk. Jego gwałtowne działanie niszczy większość budynków, w zależności od strefy. Po przejściu fali ciśnienie powraca do normalnego poziomu. Wtórne działanie podciśnienia związane jest ze spadkiem temperatury w obszarze bliższym centrum eksplozji, gdzie najpierw wzrosła ona gwałtownie.
Tamże też pojawiają się pionowe prądy powietrzne wyciągające gazy w górę. Powoduje to spadek ciśnienia tamże i konieczność jego wyrównania poprzez powrót gazów, które już oddaliły się wraz z falą uderzeniową. Powstaje wiatr wiejący w kierunku miejsca eksplozji, ale nie jest on aż tak silny jak ten wiejący w kierunku fali uderzeniowej po jej przejściu. Ostatecznie ciśnienie powraca do swojej normalnej wartości. Ważnym czynnikiem wtórnym fali uderzeniowej jest tak zwana fala Macha. Powstaje ona w przypadku odbicia fali uderzeniowej od powierzchni ziemi. Odbita fala przemieszcza się jako drugie czoło fali uderzeniowej i może czynić podobne szkody, z tym że nadchodzi z innego, najczęściej przeciwnego kierunku. Ponieważ przejście pierwszego czoła fali powoduje zmianę własności gazów (temperatury, ciśnienia itp.), fala odbita przemieszcza się z większą prędkością niż pierwotna i często zdarza się, że ją dogania. Wartości nadciśnień obu z nich sumują się wtedy i w efekcie powstaje dużo silniejsza pojedyncza fala. Oczywiście najszybciej zachodzi to najbliżej powierzchni ziemi, jednak wraz z upływem czasu i odległości taka silna pojedyncza fala może mieć wysokość kilku kilometrów. Zwie się ją czasem także słupem Macha. Kolejne fazy powstawania fali Macha ilustruje rysunek obok
