В отличие от ядерных боеприпасов, которые основаны на разрушительной энергии, получаемой от реакций, в «грязной бомбе» используют обычные взрывчатые вещества, дополненные радиоактивными веществами. При подрыве заряда контейнер с радиоактивным веществом разрушается, а ударная волна распыляет его на большой площади. Также к «грязным бомбам» относят намеренные подрывы гражданских установок, которые используют радиоактивные материалы.
По мнению специалиста по ядерной энергетике Сергея Кондратьева, загрязнение территории радиоактивными веществами является главным последствием применения «грязной бомбы».
По данным бюллетеня Министерства здравоохранения и социальных служб США Radiological Dispersal Device, в «грязной бомбе» могут использовать изотопы америций-241, калифорний-252, цезий-137, кобальт-60, иридий-192, плутоний-238, полоний-210, радий-226 и стронций-90.
Считается, что материал для создания «грязной бомбы» можно получить из источников, которые используют в медицине, промышленности и при научных исследованиях. Например, в 2018 году в Комиссии по ядерному регулированию США заявили, что во время учета радиоактивных веществ в Государственном университете Айдахо на месте оказалось 13 граммов плутония-239 вместо 14. Пресс-секретарь ведомства Виктор Дрикс предположил, что вещество оказалось на свалке для радиоактивных отходов.
По его словам, одного грамма хватит для создания радиоактивной основы «грязной бомбы».
Также известно о случаях похищения радиоактивных материалов, которые могут быть использованы для создания «грязной бомбы». В ноябре 2015 года из специального хранилища рядом с иракским городом Басра похитили контейнер с иридием-192, который позже обнаружили в городе Эз-Зубайр.
В 2010 году сотрудник Интерпола Айсу Окана сообщил, что только в Восточной Европе служба выявила 50 попыток продать радиоактивные материалы. По его словам, большая часть таких случаев приходится на Украину. В 2015 году Служба безопасности Украины провела операцию по изъятию из незаконного оборота ядерных материалов и радиоактивных веществ. В ходе операции задержали членов преступной группировки, которые пытались сбыть ядерный материал. Считается, что они пытались продать уран-238.