爆心在地面以下一定深度，核试验按比例爆炸深度不同可分为浅层地下核试验和深层地下核试验。浅层地下核试验地面形成弹坑，有大量放射性物质逸出；深层地下核试验，常称为封闭式地下核试验，只有少量放射性物质逸出，各国通常多采用封闭式地下核试验。这种试验方式有利于物理诊断，便于屏蔽，可模拟某些高空环境研究高空核爆炸效应，放射性物质几乎全部封闭于地下，受气象条件影响较小，有利于核试验中的安全和保密。同时核试验场的规模比较小，便于组织实施，还可以研究核爆炸的和平利用。但这种核试验的工程量大，周期长，不便于进行百万吨梯恩梯当量级的试验，毁伤效应试验也受到限制。地下核试验有平洞和竖井两种主要方式。前者利用地形，开掘一条特殊设计的长坑道，在坑道内放置核爆炸装置和各种探测器，按照特殊的方案回填堵塞之后，实施核爆炸。后者将核装置和各种探测器一起吊置于大口径竖井底部，回填后实施核爆炸。竖井核试验不受地形限制，但钻井、建井、吊装直至回填堵塞、爆后取样，都需要一套规范化的工程程序和特殊设备，难度较平洞核试验大。各有核国家的地下试验都是先以平洞方式取得经验，尔后发展到以竖井方式为主。