Een kernproef of atoomproef is een experiment met kernwapens. Een terrein waar dit wordt uitgevoerd wordt kernproefterrein (of in bredere zin proefterrein) genoemd.
Door de 20e eeuw heen hebben de meeste landen die kernwapens hebben ontwikkeld ook tests hiermee gedaan. Kernproeven kunnen informatie geven over de werking van de wapens, maar ook over het gedrag van de wapens onder verschillende condities en hoe structuren zich gedragen als ze onderhevig zijn aan een kernproef. Kernproeven worden verder vaak als indicator gebruikt voor de wetenschappelijke en militaire kracht van anderen en veel tests hebben een politieke achtergrond gehad. De meeste kernmachten hebben hun nucleaire status aan de wereld geopenbaard door middel van een kernproef.
De eerste kernproef werd door de Verenigde Staten uitgevoerd op 16 juli 1945 (de Trinity). Deze had een kracht die overeenkomt met zo'n 20 kiloton TNT. De eerste waterstofbom, met codenaam Ivy Mike werd getest op het Enewetak-atol in de Marshalleilanden op 1 november 1952, ook door de VS. De grootste kernproef ooit gedaan is de Tsar Bomba van de Sovjet-Unie op Nova Zembla, met een geschatte kracht van 50 megaton.
In 1963 tekenden alle nucleaire en niet-nucleaire staten het Partial Nuclear Test Ban Treaty, dat pleitte voor het niet doen van kernproeven in de atmosfeer, onder water, of in de ruimte. Het verdrag stond ondergrondse kernproeven echter wél toe. Frankrijk bleef kernproeven in de atmosfeer tot in 1974 voortzetten, terwijl China dat tot in 1980 deed. De laatste ondergrondse kernproef door de VS, op het Kernwapentestgebied in Nevada, was in 1992, door de Sovjet-Unie in 1990, door het Verenigd Koninkrijk in 1991 en zowel Frankrijk als China zijn hiermee doorgegaan tot in 1996. Na het aannemen van het kernstopverdrag (internationaal bekend als Comprehensive Test Ban Treaty) in 1996 hebben al deze staten beloofd te stoppen met kernproeven. India en Pakistan die beide niet getekend hebben, hebben hun laatste kernproef in 1998 verricht.