В 1958 Соединенные Штаты и Советский Союз договорились о моратории на испытания в атмосфере. Тем не менее СССР возобновил испытания в 1961, а США - в 1962. В 1963 комиссия ООН по разоружению подготовила договор о запрещении ядерных испытаний в трех средах: атмосфере, космическом пространстве и под водой. Договор ратифицировали Соединенные Штаты, Советский Союз, Великобритания и свыше 100 других государств-членов ООН. (Франция и КНР тогда его не подписали.)

В 1968 был открыт к подписанию договор о нераспространении ядерного оружия, подготовленный тоже комиссией ООН по разоружению. К середине 1990-х годов его ратифицировали все пять ядерных держав, а всего подписали 181 государство. В число 13 не подписавших входили Израиль, Индия, Пакистан и Бразилия. Договор о нераспространении ядерного оружия запрещает владеть ядерным оружием всем странам, кроме пяти ядерных держав (Великобритании, КНР, России, Соединенных Штатов и Франции). В 1995 этот договор был продлен на неопределенный срок.

Среди двусторонних соглашений, заключенных между США и СССР, были договоры об ограничении стратегических вооружений (ОСВ-I в 1972, ОСВ-II в 1979), об ограничении подземных испытаний ядерного оружия (1974) и о подземных ядерных взрывах в мирных целях (1976).

В конце 1980-х годов упор был перенесен со сдерживания роста вооружений и ограничения ядерных испытаний на сокращение ядерных арсеналов сверхдержав. Договор о ядерных вооружениях средней и меньшей дальности, подписанный в 1987, обязывал обе державы ликвидировать свои запасы ядерных ракет наземного базирования с дальностью 500-5500 км. Переговоры между США и СССР о сокращении наступательных вооружений (СНВ), проводившиеся как продолжение переговоров ОСВ, завершились в июле 1991 заключением договора (СНВ-1), по которому обе стороны согласились сократить примерно на 30% свои запасы ядерных баллистических ракет большой дальности. В мае 1992, когда распался Советский Союз, США подписали соглашение (т.н. Лиссабонский протокол) с бывшими республиками СССР, владевшими ядерным оружием, - Россией, Украиной, Белоруссией и Казахстаном, - в соответствии с которым все стороны обязаны выполнять договор СНВ-1. Был также подписан договор СНВ-2 между Россией и США. Им устанавливается предельное число боеголовок для каждой из сторон, равное 3500. Сенат США ратифицировал этот договор в 1996.

Договором по Антарктике от 1959 был введен принцип безъядерной зоны. С 1967 вошел в силу договор о запрещении ядерного оружия в Латинской Америке (Тлателолькский договор), а также договор о мирном исследовании и использовании космического пространства. Велись переговоры и о других безъядерных зонах.