在朝鮮首次公佈地下核試驗後，美國和中國官方都表示，朝鮮試驗場地上空未發現核爆炸微粒。不過在後期的報告中，一名美國官員宣稱，科學家們發現了朝鮮核爆炸的初步證據。
即使專家探測不到核爆炸後遺留下的空中微粒，並不意味著核爆炸沒有發生。找不到微粒可能是由於以下一些原因：
沒有核爆炸發生。
核爆炸發生了，但是並不是完全成功。
核爆炸在地下發生，且完全在控制中，沒有微粒洩露到地面（這種可能性微乎其微）。
核爆炸在地下發生，沒能完全控制，有微粒洩露到地面，但是在檢測時，爆炸彈坑還未坍塌，因此放射性微粒還沒進入大氣層。
一天後，美國派出一架“嗅探”偵察機到朝鮮上空尋找核爆炸可能產生的放射性物質。執行該任務的是WC-135不死鳳凰偵察機，這是一架“氣體收集飛機”，1963年《全面禁止核試驗條約》簽訂後，專門用於執行巡邏任務的飛機。美國空軍介紹，該“嗅探”偵察機是“通過外部流入裝置在濾紙上收集微粒，並通過氣體壓縮裝置將空氣樣本收集到容納球中。”飛機上還安裝了實時氣體分析裝置，如果某處空氣中有放射性微粒，會立即被該裝置察覺，並記錄下該位置。
Photo courtesy U.S. Air ForceWC-135 不死鳳凰偵察機
那麼，WC-135不死鳳凰偵察機尋找的到底是什麼微粒呢？是離子狀放射物質——放射性同位素。特別是各種氙同位素，這是核爆炸的獨有特徵。它們是引發核爆炸的元素分裂活動的產物。不僅僅是大氣中的核爆炸會產生這種放射塵，地下、水下的核試驗也幾乎難以避免向空氣中洩漏這種放射塵。完全控制的核爆炸（核爆炸發生但沒產生放射塵）是很罕見的。
雖然WC-135不死鳳凰偵察機的大氣測試不能指出核爆炸的確切位置，但是至少如果在大氣中發現了一定比例的氙同位素，就能完全確定此地曾有核爆炸發生，因為這個發現是核爆炸的絕對標誌。
另一種探測核爆炸的方法是用地震儀。實際上全球有一個由500臺地震儀組成的探測網，用以探測地震和其它地動現象，其中當然也包括核爆炸引起的震動。美國國家公共電臺（NPR）的“地下核試驗探測報告”稱，朝鮮核試驗當天的地動幅度相當於一次4.2級地震。相當於1千噸TNT炸藥爆炸的強度。
要判斷一次地動是地震還是爆炸很容易。科學家通過對震動波的分析就可以分辨出二者的差別。簡單點說，就是在地震中，地面先是慢慢搖動，使得地面板塊相互碰撞，然後當地面板塊真正開始移動時，震動變的越來越強烈。而在爆炸的時候，地面最初的震動是最強烈的，隨後震動幅度慢慢減弱。但僅僅弄清楚這是爆炸而不是地震還不夠，因為地震儀無法確定這個爆炸是核爆炸還是普通爆炸。而且，核爆炸是可以“隱藏”的，比如在一個巨大的地下洞中引爆炸彈就可以減少地面震動，因為爆炸的能量都被壓縮在洞穴內。地動檢測的這些限制使大氣檢測變的十分必要。