Начиная с первого ядерного взрыва, произведенного в 1949 г., установилось длительное взаимодействие 71-го полигона ВВС с полигоном УП-2, на котором для авиаторов основными задачами были: выполнение бомбометаний с самолетов-носителей в режиме воздушных ядерных взрывов и проведение отбора продуктов взрыва из облака самолетными средствами. На самолетах, участвовавших в ядерных испытаниях, проводились наблюдения и измерения физических явлений, сопровождавших взрыв. Задачи авиационного обеспечения ядерных испытаний на Семипалатинском полигоне были достаточно очевидными. Проведению натурных ядерных испытаний на УП-2 предшествовали этапы предварительных работ, выполняемые на основной базе 71-го полигона ВВС в Багерово Крымской обл. Ядерные испытания на Семипалатинском полигоне УП-2 начиная с 1949 г. и в последующие годы при авиационном обеспечении их 71-м полигоном ВВС проводились весьма успешно.

Последний ЯВ в атмосфере был проведен на опытном поле 24 декабря 1962 г.

Подземные ядерные испытания происходили на площадке «Д» («Дегелен»), расположенной в горном массиве Дегелен. Первый в СССР подземный ядерный взрыв для отработки методики испытаний новых образцов ядерных зарядов в подземных условиях, а также для проверки способов и средств дальнего обнаружения подземных взрывов был проведен в штольне В-1 11 октября 1961 г. Заряд мощностью 1 кт был установлен на глубине 125 м в концевом боксе штольни, имевшей длину 380 м.

Для предотвращения прорыва радиоактивных продуктов взрыва в штольне были установлены 3 участка забивки. Первый, длиной 40 м, состоял из щебеночной засыпки и железобетонной стенки. Через эту забивку была проложена труба для вывода потоков нейтронов и гамма-излучения к датчикам регистрирующих приборов. Второй участок имел длину 30 м и состоял из железобетонных клиньев. Третий, длиной 10 м, был сооружен на расстоянии около 200 м от заряда. Ближе к выходу были размещены 3 приборных бокса с измерительной аппаратурой. Различные измерительные приборы размещались также на поверхности.

В районе эпицентра были размещены подопытные животные. В результате взрыва поверхность горы над эпицентром поднялась на 4 м. Образовалось пылевое облако, вызванное камнепадом, но радиоактивного заражения обнаружено не было.

Подземные ЯВ в вертикальных скважинах проводились на площадке «Б» («Балапан»). Первый в СССР ядерный взрыв в скважине был произведен на площадке «Балапан» 15 января 1965 г. За все время на площадке было пройдено 118 скважин, 10 из которых остались неиспользованными, в 107 были взорваны ядерные устройства мощностью до 150 кт. В одну скважину заряд опустили, но взорвать не успели (полигон закрыли). В 1995 г. он был уничтожен (без ядерной реакции).

Кроме того, здесь проводились сейсмические испытания сооружений и техники мощными химическими взрывами.

Целью взрыва было исследование возможности использования ядерных взрывов для создания искусственных водоемов. Для эксперимента было выбрано место слияния рек Чаган и Аши-Су (первая впадает в Иртыш). Мощность заряда составляла 140 кт, глубина заложения – 178 м. В результате взрыва образовалась воронка диаметром 400—500 м и глубиной около 100 м. Величина навала породы вокруг воронки достигала 40 м. Уровень гамма-излучения на краях воронки к концу первых суток составил 30 р/ час, через 10 дней упал до 1 р/час. Образовавшееся озеро в народе прозвали Атом-Коль (Атомное озеро), также оно известно как озеро Балапан. Еще один водоем возник в пойме реки, перегороженной валом от взрыва.

Весной того же года воронку соединили с рекой каналом. Через несколько лет озеро было заселено разнообразными видами рыб, а воду из него местное население стало использовать для водопоя скота. Радиоактивное загрязнение воды озера и в конце 90-х в 20 раз превышало норму (по суммарной радиоактивности альфа-частиц). Однако по воспоминаниям И. Турчина, который руководил подготовкой заряда и его подрывом, «вода в водоеме была чистая: мы неоднократно купались в нем, ловили и ели карасей (я здоров, чувствую себя хорошо, хотя мне уже 75 лет, а тогда не было и 50)». Жительница близлежащего поселка Семей (сейчас ей более 80 лет) рассказывает, что им часто привозили рыбу с озера, она была настолько крупной и аппетитной, что люди ее расхватывали в считаные секунды. Сейчас воды реки Чаган на протяжении 10 км за пределами полигона загрязнены радиоактивным тритием (доза излучения трития в сто раз превышает естественный фон). Жители близлежащих сел купаются в реке, ловят рыбу. Специалисты института радиационной безопасности и экологии Казахстана не связывают заражение реки с Атомным озером. Основным фактором проникновения в воду реки трития они считают подземный сток, который идет с территории Семипалатинского полигона.