Prvi pokušaji promicanja neširenja nuklearnog materijala datiraju neposredno nakon Drugog svjetskog rata kada je Trumanova administracija predložila Baruchov plan (14. 06. 1946.) u kojem se predlaže međunarodni nadzor nad upotrebom nuklearne energije s namjerom da se izbjegne nesmetano širenje nuklearne tehnologije. U ožujku 1946. predstavljen je tzv. Acheson-Lilienthalov izvještaj u kojem je pozvano na stvaranje Atomic Development Authority (ADA) s ciljem nadzora upotrebe fisijskih materijala, rada svih nuklearnih postrojenja koji mogu proizvesti nuklearno oružje te pravom na dodjelu licenci zemljama koje koriste nuklearnu energiju u miroljubive svrhe. Iako se izvještaj temeljio na sovjetsko-američkoj suradnji autori su prozreli da će SSSR iskoristiti pravo veta u Vijeću sigurnosti Ujedinjenih Naroda na njegovo donošenje. Nešto izmijenjeni Baruchov plan iznesen je na zasjedanju Komisije za atomsku energiju Ujedinjenih Naroda (United Nations Atomic Energy Commission – UNAEC) prema kojem bi Atomic Development Authority trebao nadzirati razvoj i upotrebu nuklearne energije, upravljati bilo kojom instalacijom u koja bi mogla poslužiti za izradu dijelova za nuklearnu bombu, te obavljati inspekciju bilo kojeg nuklearnog postrojenja povezanog s miroljubivim korištenjem nuklearne energije. Plan je također zabranjivao ilegalno posjedovanje nuklearnih bombi, kažnjavanje osoblja koje se miješa u rad inspektora i zaplijena postorojenja kojom bi upravljao ADA-e. Sovjetima je bio neprihvatljiv bilo kakav plan koji bi podržao američki nuklearni monopol te međunarodna inspekcija njihovih nuklearnih postrojenja. Nadalje, plan je predviđao odustajanje od prava na "veto" u Vijeću sigurnosti što Sovjeti također nisu prihvatili. Plan je ipak dan na glasanje i trebao je biti jednoglasno prihvaćen u UNAEC-u, no zbog odsustva Sovjeta i Poljaka do toga nije došlo.

Nakon odbacivanja Baruchovog plana, tadašnji američki predsjednik Eisenhower predstavio je 1953. program "Atomi za mir" (Atoms for Peace) unutar kojega su tisuće znanstvenika iz cijelog svijeta educirani iz područja nuklearnih znanosti. Doduše, neki su nakon povratka kući započeli rad na tajnim programima za proizvodnju nuklearnog oružja. Rad na sprečavanju širenja nuklearnog oružja nije počeo do šezdesetih godina prošlog stoljeća kada su četiri zemlje posjedovale nuklearno oružje, a nakon što je NR Kina 1964. aktivirala nuklearnu bombu napori su obnovljeni. 1968. predložen je tekst NPT-a, iste godine je i usvojen u UN-u, dok je na snagu stupio 1970. Članak III predviđa kontrole i inspekcije, Članak IV izražava pravo na razvoj i pomoć za miroljubivo korištenje nuklearne tehnologije, a Članak VI poziva pet nuklearnih sila na stvarne korake prema razoružanju. Revizijska konferencija NPT 1985. ukazala je na neispunjenje Članka VI jer se nuklearno naoružanje povećalo umjesto da se smanjuje.

Pojam "tehnologija za dvostruku upotrebu" označava mogućnost korištenja civilne nuklearne tehnologije u vojne svrhe. Maksimalno dozvoljeno obogaćenje urana u komercijalnim reaktorima od 5% (težinskih) nije dovoljno za izradu nuklearne bombe. Koncentracija ²³⁵U u bombi bačenoj na Hiroshimu bila je 80%. Što je veća koncentracija fisibilnog izotopa to je veličina bombe manja. Prednost korištenja već obogaćenog urana za reaktore za dobivanje visokoobogaćenog urana za nuklearno oružje je u uštedi SWU-a jer sada punjenje uređaja za obogaćivanje počinje s višom koncentracijom ²³⁵U nego u slučaju prirodnog urana. Tokom rada reaktora mijenja se izotopski sastav goriva: smanjuje se količina urana, a nastaje, pored fisijskih produkata, plutonij i drugi teški metali. Plutonij koji nastaje u reaktoru sastoji se od fisibilnih (²³⁹Pu i ²⁴¹Pu) i nefisibilnih izotopa. Omjer fisibilnih i nefisibilnih izotopa Pu mijenja se tokom rada reaktora i može se reći da je plutonij za izradu nuklearne bombe to lošiji što je gorivo provelo više vremena u reaktoru – odnosno postiglo veći otpusni odgor. Veći udjeli 240Pu i 242Pu u istrošenom gorivu povećavaju vjerojatnost spontane fisije što onemogućuje izgradnju pouzdanog nuklearnog oružja, a viša koncentracija ²³⁸Pu povećava generiranje topline koja uzrokuje degeneraciju konvencionalnog eksploziva potrebnog za aktiviranje nuklearne bombe. Omjer fisibilnog i ukupnog plutonija proizvedenog u PWR-u prikazan je na slici.

Međutim, ako bi se gorivo vadilo nakon kraćeg boravka u reaktoru i kemijski se iz njega izdvajao plutonij, takav bi se plutonij mogao koristiti za izradu nuklearnog oružja. Takav scenarij ne bi mogao proći nezapažen jer zahtjeva česte izmjene goriva i obustave rada reaktora. Brzi oplodni reaktori stvaraju više goriva nego što ga troše (uz to i vrlo pogodnog izotopskog sastava) pa predstavljaju veći rizik za nuklearnu proliferaciju. U pogonu ih je malo, a kompliciranost izvedbe dodatni je otežavajući faktor za dobijanje plutonija iz oplodnih reaktora.

Omjer fisibilnog i ukupnog plutonija u ovisnosti o odgoru

Međunarodna agencija za atomsku energiju (International Atomic Energy Agency – IAEA) osnovana je s ciljem pomoći državama u razvoju nuklearne energije u miroljubive svrhe. Druga uloga IAEA je sprečavanje širenja, ili barem rana detekcija, zloupotrebe civilne nuklearne energetike za proizvodnju nuklearnog oružja, opreme za nuklearno oružje ili za nepoznate namjere.

IAEA-ini međunarodni zaštitni mehanizmi utemeljeni su na statutarnim odredbama i brojnim ugovorima sa ili između pojedinih država. Najvažniji od njih je NPT pri čemu zemlje potpisnice pristaju na IAEA-inu inspekciju svih komercijalnih nuklearnih postrojenja i materijala. Inspektori IAEA-e kontroliraju točnost dokumentacije pojedinog nuklearnog postrojenja, provjeravaju ukupan sadržaj i analiziraju pojedine uzorke. Svrha toga je obeshrabrivanje širenja nuklearnih materijala ranom detekcijom. Osoblje nuklearnog postrojenja daje na uvid detaljnu dokumentaciju koja sadržava podatke o premještanju nuklearnog materijala. Redovna inspekcija obavljena je u preko 550 postrojenja i u više stotina drugih objekata, a radioaktivni materijali su tom prilikom popisani i dokumentirani. Inspektorima su na raspolaganju i druge mjere kao što su nadzor kamerama i instrumentacija.

Najvažniji doprinos IAEA je kontrola dozvoljenog obogaćenja ²³⁵U za korištenje u nuklearnim elektranama te kontrola količine i izotopskog sastava plutonija proizvedenog u reaktorima zbog sprečavanja njegovog korištenja za izradu bombe. Tradicionalni zaštitni mehanizmi uzimali su u obzir kontrolu upotrebe nuklearnih materijala radi potvrde da se uran koristi u miroljubive svrhe.

Da bi se spriječilo širenje nuklearnih materijala iz miroljubive upotrebe nuklearne energije zaštitni se mehanizmi osim dokumentiranja ulaska/izlaska nuklearnih materijala (što uključuje in-situ inspekcije i analizu uzoraka) oslanjaju i na restrikciju pristupa nuklearnim materijalima na lokaciji (fizička sigurnost) te na zaštitne uređaje i nadzor. Sve zemlje potpisnice NPT-a koje ne posjeduju nuklearno naoružanje moraju u potpunosti prihvatiti zahtjeve IAEA. Za pet zemalja koje posjeduju nuklearno oružje, te za Indiju, Izrael i Pakistan primjenjuju se posebne zaštitne mjere ovisno o postrojenju, a inspektori provjeravaju točnost i potpunost evidencije. Međutim, IAEA ne može nametnuti uvjete NPT-a, niti prisiliti zemlje da potpišu i prihvate NPT, no kao što se može vidjeti na primjerima Iraka i Sjeverne Koreje, nesuradnje s inspektorima IAEA imale su za posljedicu političke i ekonomske mjere – sankcije. Tradicionalni zaštitni mehanizmi dobro djeluju u slučajevima poznatih postrojenja, ali se pažnja međunarodne zajednice devedesetih godina prošlog stoljeća pomaknula na pronalaženje tajnih lokacija. Tako je naprimjer Irak pored priznatih nuklearnih postrojenja imao i više tajnih sa svrhom dobivanja visokoobogaćenog urana za izradu nuklearnog oružja, dok je Sjeverna Koreja iskoristila istraživački reaktor i postrojenja za reprocesiranje djelomično istrošenog goriva u svrhu ekstrakcije plutonija za nuklearno oružje.
Da bi se ojačalo tradicionalne zaštitne mehanizme predložene su dodatne mjere s ciljem poboljšanja detektiranja nedeklariranih nuklearnih aktivnosti, uključujući i one koje nisu povezane s civilnim gorivnim ciklusom. Jedan dio poboljšanja odnosi se na provedbu već postojećih pravnih ovlaštenja putem sigurnosnih sporazuma i inspekcija, a drugi zahtjeva dodatne pravne akte regulirane Dodatnim protokolom (Additional Protocol). Pet zemalja koje posjeduju nuklearno oružje prihvatile su postavke Dodatnog protokola. Ključne postavke Dodatnog protokola su:

• Davanje inspektorima IAEA znatno više informacija o nuklearnim aktivnostima uključujući i proizvodnju urana i torija te uvoz/izvoz nuklearnog materijala;
• Pravo pristupa inspektorima IAEA svim sumnjivim lokacijama i postavljanje sistema udaljenog nadzora od strane IAEA;
• Automatsko produljenje viza i lakša komunikacija sa sjedištem IAEA;
• Daljnji zaštitni mehanizmi idu prema procjeni svake države uzimajući u obzir vrstu nuklearnog materijala koji posjeduje.

Do 26. 11. 2009. 128 zemalja potpisalo je Dodatni protokol, a u 93 zemlje je stupio na snagu. Od većih zemalja nisu ga potpisli Brazil i Egipat, s tim da Brazil nije isključio potpisivanje.

Najveći rizik za širenje nuklearnog oružja dolazi od zemalja koje posjeduju nuklearno oružje, a nisu potpisnice NPT-a jer se zaštitne mjere provode samo na dijelu aktivnosti. Razlog za zabrinutost može biti i razvoj istraživačkih reaktora unutar zaštitnih standarda što se proliferacije tiče, ali se naknadno može povući ratifikacija NPT-a. Doduše, ako bi ga neka od država potpisnica NPT-a koja može razviti nuklearnu tehnologiju odbacila, nakon prijave Vijeću sigurnosti od strane IAEA vjerojatno bi slijedile sankcije. IAEA-ini sigurnosni mehanizmi i bilateralni ugovori na kojima zemlje izvoznice urana (Australija i Kanada) inzistiraju sprečavaju širenje nuklearnog oružja. Primjena sigurnosnih mehanizama i znatniji udio prodaje urana za proizvodnju električne energije smanjuje nuklearnu proliferaciju.

Nuclear Supplier Group poslala je 1978. smjernice, u biti izvozna pravila, IAEA-i u kojima se traži od vlade zemlje kupca osiguranje da transfer nuklearne tehnologije i materijala neće biti korišten za proizvodnju oružja. Smjernice traže mjere fizičke zaštite prilikom transfera osjetljive tehnologije, opreme i materijala pogodnog za izradu oružja te zahtjevaju stroge odredbe u slučaju transfera trećoj strani. Grupu čine 46 zemalja članica među kojima je i Republika Hrvatska.