Болгария разработала оружие массового уничтожения, в первую очередь химическое оружие. Производство химического оружия было сосредоточено в Смядово. По состоянию на 2016 год Болгария не обладает каким-либо оружием массового поражения.
Народная Республика Болгария располагала значительным ракетным арсеналом, в том числе 67 Скад, 50 Frog и 24 Spider баллистические ракеты. Поскольку Советский Союз планировал быстро развернуть собственное ядерное оружие в Болгарии на случай войны, ракеты не были вооружены боеголовками, а были подготовлены только для запуска советского оружия.
Системы SS-23 имели обычные боеголовки плюс возможность запуска ОМУ. В 1991 году были демонтированы пусковые установки и оборудование ядерных ракет. Первая ракетная бригада была создана в 1961 году. В 1994 году страна закупила у России 46 обычных боеголовок для своих ракет «Скад». Все ракеты «Скад», «Лягушка» и «Паук» были уничтожены в 2002 году. В настоящее время в Болгарии имеется дюжина пусковых установок «Скарабей», но информация о точном количестве ракет засекречена. Все они вооружены обычными боеголовками по 160 кг каждая.
Информация о химическом оружии Болгарии скудна. Единственный известный объект по производству химического оружия находится недалеко от Смядово, где сейчас производятся химические вещества для гражданских целей. Страна ратифицировала Конвенцию о химическом оружии в 1994 году и демонтировала ее к 2000 году.
Болгария подписала и ратифицировала Конвенцию о биологическом оружии.
Болгария никогда не разрабатывала ядерное оружие, хотя некоторые договоры с Советским Союзом гарантировали размещение советских боеголовок на территории Болгарии в случае войны с НАТО. Его ракеты Р-400 были ядерными. В середине 1990-х годов журналист Горан Готев исследовал показания анонимного капитана Советской Армии, опубликованные в «Комсомольской правде», который подробно описал предполагаемый советско-болгарский ядерный объект, на котором размещалось 70 боеголовок для тактических ракет. Сайт состоял из «четырех трехэтажных жилых домов, казарм, кафетерия, спортивной площадки, социального клуба, магазина и площади» и насчитывал 130 сотрудников. Подразделение было расформировано в 1989 году, боеголовки были оперативно отправлены в Украину, а все оборудование, форма и фотографии, находившиеся на объекте, были уничтожены. Другой представитель российской армии позже опроверг эту версию. Однако в 1980-х годах четыре специалиста болгарских ВВС прошли подготовку в Советском Союзе по высвобождению ядерного оружия с самолетов МиГ-23БН.
В 2001 году МИД Болгарии отрицало "присутствие" ядерного оружия в Болгарии.
У страны есть потенциал для создания военной ядерной программы, имея ядерную силовую установку в Козлодуе с собственным плутонием склад. В Софии работает ядерный исследовательский комплекс с реактором бассейнового типа мощностью 200 кВт. Реактор объекта производит некоторый ядерный материал, который хранится недалеко от Нови-Хана.
В рамках своих усилий по защите потенциально пригодного для использования в оружии атомного материала Организация Объединенных Наций оказала помощь Болгарии. с удалением высокообогащенного урана, хранящегося в остановленном исследовательском реакторе в Софии. По данным Международного агентства по атомной энергии (МАГАТЭ), вещество, обогащенное на 36% и представленное в виде свежего топлива, было доставлено по воздуху в декабре 2003 года в Россию, являющуюся первоначальным поставщиком. Инспекторы Агентства по гарантиям наблюдали и проверяли упаковку топлива, которое, по словам России, будет переработано в низкообогащенный уран.
В апреле 2018 года появилась информация о желании Турции вывезти США. ядерное оружие с территории страны. После официальных заявлений НАТО о желании расширить военное присутствие США в Европе стало известно, что Болгария может стать новым местом размещения ядерного оружия из Турции.