中子弹的杀伤原理是利用中子的强穿透力。由质子和中子组成的原子核，其质子带正电，中子不带电，中子从原子核里发射出来后，它不受外界电场的作用，穿透力极强。在杀伤半径范围内，中子可以穿透坦克的钢甲和钢筋水泥建筑物的厚壁，杀伤其中的人员。
中子穿过人体时，使人体内的分子和原子变质或变成带电的离子，引起人体里的碳、氢、氮原子发生核反应，破坏细胞组织，使人发生痉挛，间歇性昏迷和肌肉失调，严重时会在几小时内死亡。
中子弹爆炸时产生的冲击波较小。一枚千吨级TNT当量的中子弹，它的核辐射对人类的瞬间杀伤半径可达800公尺，但其冲击波对建筑物的破坏半径只有三四百公尺。