在朝鲜首次公布地下核试验后，美国和中国官方都表示，朝鲜试验场地上空未发现核爆炸微粒。不过在后期的报告中，一名美国官员宣称，科学家们发现了朝鲜核爆炸的初步证据。
即使专家探测不到核爆炸后遗留下的空中微粒，并不意味着核爆炸没有发生。找不到微粒可能是由于以下一些原因：
没有核爆炸发生。
核爆炸发生了，但是并不是完全成功。
核爆炸在地下发生，且完全在控制中，没有微粒泄露到地面（这种可能性微乎其微）。
核爆炸在地下发生，没能完全控制，有微粒泄露到地面，但是在检测时，爆炸弹坑还未坍塌，因此放射性微粒还没进入大气层。
一天后，美国派出一架“嗅探”侦察机到朝鲜上空寻找核爆炸可能产生的放射性物质。执行该任务的是WC-135不死凤凰侦察机，这是一架“气体收集飞机”，1963年《全面禁止核试验条约》签订后，专门用于执行巡逻任务的飞机。美国空军介绍，该“嗅探”侦察机是“通过外部流入设备在滤纸上收集微粒，并通过气体压缩设备将空气样本收集到容纳球中。”飞机上还安装了实时气体分析设备，如果某处空气中有放射性微粒，会立即被该设备察觉，并记录下该位置。
Photo courtesy U.S. Air ForceWC-135 不死凤凰侦察机
那么，WC-135不死凤凰侦察机寻找的到底是什么微粒呢？是离子状放射物质——放射性同位素。特别是各种氙同位素，这是核爆炸的独有特征。它们是引发核爆炸的元素分裂活动的产物。不仅仅是大气中的核爆炸会产生这种放射尘，地下、水下的核试验也几乎难以避免向空气中泄漏这种放射尘。完全控制的核爆炸（核爆炸发生但没产生放射尘）是很罕见的。
虽然WC-135不死凤凰侦察机的大气测试不能指出核爆炸的确切位置，但是至少如果在大气中发现了一定比例的氙同位素，就能完全确定此地曾有核爆炸发生，因为这个发现是核爆炸的绝对标志。
另一种探测核爆炸的方法是用地震仪。实际上全球有一个由500台地震仪组成的探测网，用以探测地震和其它地动现象，其中当然也包括核爆炸引起的震动。美国国家公共电台（NPR）的“地下核试验探测报告”称，朝鲜核试验当天的地动幅度相当于一次4.2级地震。相当于1千吨TNT炸药爆炸的强度。
要判断一次地动是地震还是爆炸很容易。科学家通过对震动波的分析就可以分辨出二者的差别。简单点说，就是在地震中，地面先是慢慢摇动，使得地面板块相互碰撞，然后当地面板块真正开始移动时，震动变的越来越强烈。而在爆炸的时候，地面最初的震动是最强烈的，随后震动幅度慢慢减弱。但仅仅弄清楚这是爆炸而不是地震还不够，因为地震仪无法确定这个爆炸是核爆炸还是普通爆炸。而且，核爆炸是可以“隐藏”的，比如在一个巨大的地下洞中引爆炸弹就可以减少地面震动，因为爆炸的能量都被压缩在洞穴内。地动检测的这些限制使大气检测变的十分必要。