爆炸高度在30千米以上的核爆炸。大气密度随高度的上升基本上按指数规律衰减，随着爆炸高度增加，爆炸高度在约80千米以上的高空核爆炸的外观景象和毁伤因素都与空中核爆炸有较大差异。高空核爆炸光辐射能量占核爆炸总能量的份额，随高度增加逐渐增大，核爆炸火球的尺度、发展和上升速度都比空中核爆炸大得多。火球上部发展速度大于下部，使火球呈倒梨形。爆炸高度在约80千米以上的高空核爆炸时，X射线能量约占核爆炸总能量的70％～80％。向下传播的大部分X射线到距地面60～80千米时被大气吸收，当该范围内的空气吸收的能量足够多时，会形成温度约104开［尔文］的与爆心脱离的“饼状火球”，向外发射红色可见光，其半径与爆高有关。美国1958年代号为“Teak”的核试验（威力为3.8百万吨梯恩梯当量，爆炸高度为77千米），起爆后0.3秒时火球半径为9千米，3.5秒时火球半径为14.5千米，火球水平扩展和上升速度超过1千米/秒。高空稀薄的空气使大气对X射线、早期核辐射的削弱作用减弱，导致X射线和紫外辐射所组成的光辐射和早期核辐射成为高空核爆炸的主要毁伤因素。γ射线在20～30千米上空经大气分子散射出定向电子流，经地磁场偏转会激励很强的高空
核电磁脉冲，它是高空核爆炸的重要毁伤因素之一。高空核爆炸还可以产生显著的
地球物理效应，如产生的X射线和核辐射可引起高空大气电离，使电离层电离度增加，产生电离层效应，造成短波通信中断或受干扰。高空核爆炸冲击波的能量份额随爆高的增加而减少，高空核爆炸冲击波对飞行目标的破坏是次要的。高空核爆炸的军事用途主要有：利用产生的X射线、早期核辐射摧毁
空间飞行器及其中的电子系统，使导弹和低轨道卫星失效；辐射引起的人为辐射带等某些地球物理效应可降低卫星寿命；高空核电磁脉冲可使数千千米范围内信息系统受到损坏或干扰破坏指挥自动化系统。