核间谍活动是指未经许可向其他国家分享一个国家的核武器秘密。自从核武器被发明以来，有许多已知的核间谍案件，也有许多被认为已经发生，但没有被证实的案件。由于核武器通常被认为是最重要的国家机密，所有拥有核武器的国家都有严格的规定，禁止分享有关核武器如何设计、保存地点以及其他有关核武器的信息。还有一些规则规定，已签署不扩散协议（旨在阻止核武器的扩散）的国家不得与公众分享有关此类武器的信息。
核间谍活动
曼哈顿计划
在曼哈顿项目期间，也就是美国、英国和加拿大在二战期间合作制造第一批核武器的时候，有很多核间谍活动，为该项目工作的科学家或技术人员向苏联发送有关炸弹开发和设计的信息。这些人通常被称为原子间谍，他们的工作一直持续到冷战初期。对这些案件的确切细节一直有很多分歧，尽管其中一些问题在维诺纳项目记录被公开后得到解决。这些是苏联特工与苏联政府之间的秘密信息，被发现并解码。然而，有些问题仍未得到解决。
其中最著名的有：......。
- 克劳斯-福克斯（Klaus Fuchs）--一位逃离德国的物理学家，在曼哈顿计划期间与英国人在洛斯阿拉莫斯工作。他最终被发现。他供认不讳，并在英国被判处监禁。后来他被释放，他搬到了东德。由于他与项目的许多部分有密切联系，并具有深厚的技术知识，他被认为是 "原子间谍 "中最有价值的，因为他向苏联提供了关于美国裂变炸弹项目的信息。他还提供了关于美国氢弹计划的早期信息，但由于在发现成功的泰勒-乌拉姆设计时他不在现场，因此他在这方面的信息被认为没有什么价值。
- 西奥多-霍尔--洛斯阿拉莫斯的一位年轻的美国物理学家，他的间谍活动直到20世纪很晚才被揭露。他从未因为间谍活动而被捕，也从未完全承认。
- 大卫-格林格拉斯--曼哈顿项目期间在洛斯阿拉莫斯国家实验室工作的美国机械工人。格林格拉斯承认，他在二战期间向苏联提供了实验室实验的粗略图示。他针对他的姐姐和姐夫（罗森伯格夫妇，见下文）的证词中的某些部分现在被认为是编造的，以试图使他自己的妻子不受困扰。格林格拉斯承认了间谍活动，并被判处长期监禁。
- 乔治-科瓦尔（George Koval）--出生在美国的儿子，他的家庭来自白俄罗斯。他搬到了苏联，在那里他加入了红军和GRU情报部门。他找到了进入美国军队的途径，并成为一名辐射卫生官员。他得到了关于在日本长崎投下的钚弹上使用的乌尔奇雷管的信息。他的工作直到2007年才被美国所知，当时他死后被弗拉基米尔-普京承认为俄罗斯联邦的英雄。
- 艾瑟尔和朱利叶斯-罗森伯格--据说美国人参与了协调和招募包括大卫-格林格拉斯在内的外杀网络。虽然大多数学者认为朱利叶斯很可能参与了某种网络，但艾瑟尔是否参与或知道这些活动仍然是一个争议问题。朱利叶斯和艾瑟尔拒绝承认任何指控，并被定罪，在新星监狱被处决。
- 哈利-戈德--美国人，承认为格林格拉斯和福克斯工作。
苏联在1949年试验了它的第一颗原子弹。对于这种间谍活动是否有助于苏联更快地制造出原子弹，人们有不同的看法。虽然有些信息，如克劳斯-福克斯提供的信息，很可能是非常有帮助的，但负责苏联原子弹项目的人实际使用这些信息的方式，使后来的学者们认为它实际上并没有大大加快苏联制造原子弹的进程。根据这种说法，这些信息大多被用作对苏联自己的科学家工作的 "检查"，而实际上很少与苏联科学家分享，因为他们的科学家和间谍都不太被信任。后来的学术研究也表明，苏联早期发展的最大问题不是设计武器的问题，而是获得材料的问题。
以色列
1986年，曾在以色列一家核设施工作的莫迪凯-瓦努努向英国媒体提供了有关以色列核武器计划的信息。人们之前认为以色列有一个先进的、秘密的核武器计划和收集，但现在他们确切地知道了。以色列从未说过它有或没有核武器计划，瓦努努被绑架并偷渡到以色列，在那里他被判定为叛国罪和间谍罪。
瓦努努在技术上是否参与了间谍活动还存在争议。瓦努努和他的支持者说，他应该被称为告密者（一个正在揭露一些秘密和非法事情的人），而他的反对者则认为他是一个叛徒，他所做的事情帮助了以色列的敌人。瓦努努离开以色列后，并没有立即提供他的信息。在这样做之前，他旅行了大约一年时间。
中华人民国
在1999年由克里斯托弗-考克斯议员主持的美国众议院美国国家安全和与中华人民共和国的军事/商业关切问题特别委员会的一份报告（称为考克斯报告）中透露，美国安全机构认为中华人民共和国（PRC）在美国核武器设计实验室中存在着核间谍活动。该报告称，自20世纪70年代以来，中国 "窃取了美国所有最先进的热核弹头的机密信息"，包括先进弹头的设计、中子弹以及允许计算机模拟核试验的 "武器密码"（并允许中国在不进行自己的试验的情况下推进其武器开发）。美国显然直到1995年才知道这一点。
报告中描述的调查最终导致洛斯阿拉莫斯的科学家李文浩被捕，他起初被指控向中国提供武器信息。然而，针对李文浩的案件最终失败了，他最终只被指控处理数据不当。其他被逮捕或被罚款的人和团体有科学家彼得-李（与李文浩无关），他因涉嫌向中国提供潜艇雷达机密而被逮捕，还有劳拉空间和通信公司和休斯电子公司，他们向中国提供了导弹机密。目前还没有其他因盗窃核设计而被捕的人。