"沙皇炸彈"(俄語:Царь-бомба)，是冷戰期間蘇聯所製造的氫彈，總共製造兩枚，其中一枚於1961年10月30日在新地島試爆，另一枚作為研究與備用。它是人類至今所引爆過所有種類的炸彈中，體積、重量和威力上均為最強大的炸彈。
它的爆炸當量本來相當於1億噸的TNT炸藥，不過蘇聯當局憂心試爆後的核子落塵對環境的嚴重影響，會導致內政難題與外交風波，因此將核彈減半為5000萬噸的爆炸威力。儘管被削減了一半的威力，沙皇炸彈的威力依舊是第二次世界大戰末期投擲於廣島和長崎的"小男孩"原子彈的3800倍，"胖子"原子彈的2300倍。雖然蘇聯成功完成試爆，沙皇炸彈仍然從未列入現役武器，蘇聯軍方僅想要將沙皇炸彈作為蘇聯在軍力上的象徵與展示。
"沙皇"一詞慣用於描述俄羅斯的巨型事物，如沙皇鍾、沙皇炮等。
沙皇炸彈的試爆威力為5000萬噸TNT當量，在全世界所有已知爆炸事件中規模排名第二，僅次於導致恐龍滅絕的希克蘇魯伯隕石坑事件。
爆炸當時所產生的火球半徑達4600米，已超過引爆的高度，所以火球很快地就席捲了地面，並迅速擴散到投擲的高度，在將近1000公里外的地方都可看見。爆炸產生的蕈狀雲寬近40公里，高約64公里，相當於珠穆朗瑪峰海拔高度的7倍多;爆炸產生的熱風甚可以讓遠在170公里以外的人受到3級灼傷，爆炸的閃光能造成220公里以外人的眼睛劇痛與灼傷，甚至造成白內障以及失明。
整個爆炸連芬蘭都能發現和感覺到，並造成當地許多房屋的玻璃破碎;爆炸的暴風壓力在引爆點正下方就高達每平方英寸300磅(壓力等同於210,920.86kg/m²)，足足向外吹送了將近1000公里的範圍。雖然這一次試爆是在空中試爆，但是往地球傳送的震波被美國地質調查儀偵測到引起里氏地震規模5~5.25的地震。
距離測試地點55公里外的塞佛尼殖墾地(Severny settlement)中所有木造或磚造的房屋全毀;數百公里內的木造房屋均全毀，只有磚造或石造房屋殘留，但是門窗與屋頂都被強風吹走;爆炸後的電磁脈衝波足足造成了一個小時的無線電通訊空窗期;爆炸後所引發的大氣擾動(atmospheric disturbance)環繞了地球三次。
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