Tính đến thời điểm hiện nay, bom Sa hoàng là quả bom hạt nhân mạnh nhất từng được chế tạo và thử nghiệm trong lịch sử. Vụ thử nghiệm quả bom nguyên tử này đã đặt dấu chấm hết cho cuộc đua vũ khí hạt nhân giữa Liên Xô và Mỹ.
Theo thiết kế ban đầu, các chuyên gia Liên Xô dự định thiết kế bom Sa hoàng có sức nổ tương đương 100 triệu tấn TNT hay 6.600 quả bom hạt nhân ném xuống Hiroshima.
Tuy nhiên, về sau, nhóm kỹ sư chế tạo đã quyết định giảm sức nổ của bom Sa hoàng xuống còn 50 triệu tấn TNT. Đến 11h30 sáng ngày 30/10/1961, quả bom Sa hoàng được thả từ oanh tạc cơ Tu-95V ở độ cao 10.500m trên quần đảo Novaya Zemlya và hãm tốc độ bằng dù để máy bay có đủ thời gian thoát khỏi phạm vi ảnh hưởng của vụ nổ.
Chỉ 188 giây sau, bom Sa hoàng phát nổ ở độ cao 4.200m. Vũ khí hạt nhân này có sức công phá thực tế lên tới 57 triệu tấn TNT dù các chuyên gia thiết kế ước tính sức nổ của nó chỉ khoảng 51,5 triệu tấn TNT.
Trong quá trình thử nghiệm bom Sa hoàng, tất cả các nhà khoa học và lãnh đạo Liên Xô đã theo dõi vụ nổ hạt nhân một cách an toàn, ở khoảng cách 50 km tính từ tâm chấn.
Sau khi diễn ra vụ thử nghiệm bom Sa hoàng, các chuyên gia tiến hành nghiên cứu cuộc sống của động vật trên cánh đồng ở những khoảng cách khác nhau so với tâm chấn.
Trước khi cho nổ bom Sa hoàng, các nhà khoa học đã cố tình để những đàn cừu và dê thí nghiệm trên cánh đồng đó. Sau vụ nổ, họ chứng kiến cảnh tượng đáng sợ là nhiều xác động vật nằm rải rác nhiều nơi.
Mặc dù đã cho nổ bom Sa hoàng trên không để giảm thiểu ảnh hưởng nhưng vụ thử bom hạt nhân này đã gây ra tác động lớn khi cảnh quan trên quần đảo Novaya Zemlya đã thay đổi đáng kể, tất cả các ngọn đồi gần như biến mất, mặt đất biến thành một mặt phẳng.
Trong vòng 1 giờ sau vụ nổ, tín hiệu radio bị nhiễu trong bán kính hàng trăm km do quá trình ion hóa khí quyển. Chấn động từ vụ nổ bom Sa hoàng di chuyển quanh Trái đất tới 3 lần. Nhiều tòa nhà bị vỡ cửa kính, thậm chí có một số công trình đổ sập hoàn toàn do tác động của vụ thử nghiệm bom Sa hoàng.
Sóng xung kích phát ra từ vụ nổ làm vỡ cửa kính và gây tiếng nổ lớn trên đảo Dikson, cách nơi thử nghiệm khoảng 800 km. Thậm chí, vụ nổ có khả năng gây bỏng độ ba nếu con người đứng cách vị trí thử nghiệm 100 km.
