因为巨大的毁伤力，核武器成为极端组织垂涎的对象，核恐怖主义的威胁因此一直存在。据安全专家介绍，极端组织可能采取的行动样式主要包括：用非法手段获得或制造核弹（“脏弹”）进行袭击；袭击民用核设施，获取核材料或制造恐怖事件；夺取个别核武器的控制权或制造核武器意外发射事件。

极端组织可能从形势不稳定的国家或国际黑市购买可用于制造核弹或“脏弹”的技术与核材料。“基地”组织头目本．拉登曾表示，获得大杀伤力武器是一种“宗教使命”，他企图再造一个遭受核袭击的“广岛”。“基地”组织在1990年代开始试图获得核爆炸装置，当时出资150万美元欲从苏丹军官处购买武器级铀。

全球有40多个国家拥有可用于制造核武器的核材料，由于有的国家安全保卫存在漏洞，导致每年都发生核材料失窃案件。国际原子能机构公布的数据显示，1993年至2013年，全球共发生2400余起涉核及其它放射性材料遗失、盗窃和非法获取事件。

乌克兰切尔诺贝尔核电站和日本福岛核电站核泄漏事件则提醒世人，一旦民用核设施遭到破坏，后果将非常严重。安全专家称，恐怖分子袭击核电站的可能方式有多种，如使用导弹、驾驶飞行器或汽车炸弹等，从外部袭击核电站的安全壳或燃料厂房等重要设施。

历史上曾发生核设施遇击或威胁被袭击事件：1972年12月，3名犯罪分子劫持一架美国客机，威胁如果不飞到古巴哈瓦那，就要用飞机撞击美国原子能委员会位于田纳西州橡树岭的核设施；1982年1月，在建中的法国快中子增殖反应堆实证堆“Super Phenix”受到核能反对派的火箭弹攻击，厂房受损。

2013年，美国得克萨斯大学“核扩散预防项目”发表的报告警告，如果遭遇类似“9.11”事件的恐袭，美国现有104个商用核反应堆和3个研究性反应堆都没有能力抵御。

媒体报道称，非政府组织绿色和平的专家曾在不知会相关机构的情况下，使用降落伞顺利“突袭”空降进入核电站。

网络攻击也是重大风险来源，尤其是网络风险对核指挥、控制和通讯系统造成的威胁，引发越来越多担忧。如果极端组织的黑客入侵核武器系统或核电站，理论上也会引发核恐怖主义事件。反核扩散监督机构发表的报告指出，许多国家的核反应堆应对网络攻击的能力十分脆弱，24个握有武器级核物料的国家中包括比利时在内的7国网络安全评比最低。

民用核设施可能成为恐怖分子袭击的目标。图为比利时的核电站。路透社