20世紀90年代初，美國根據衛星資料懷疑朝鮮開發核武器，要求對朝鮮的核設施實行檢查，朝鮮則宣佈無意也無力開發核武器，從而引發了第一次朝鮮半島核危機。
1994年10月，朝美簽訂日內瓦核框架協議。根據協定，朝鮮凍結其核設施，美國牽頭成立朝鮮半島能源開發組織負責為朝鮮建造輕水反應堆，並提供重油，以彌補朝鮮停止核能計畫造成的電力損失。
2001年初小布希政府上臺後，宣佈調整克林頓政府後期相對緩和的對朝政策，進而宣稱朝鮮為“邪惡軸心”國家，威脅對朝鮮實施“先發制人核打擊”。與此同時，朝美就朝鮮接受國際原子能機構特別核查問題再起齟齬。
2002年10月，美國總統特使、助理國務卿凱利訪問平壤後，美國宣佈朝鮮“已承認”鈾濃縮計畫，並指控朝鮮正在開發核武器。朝鮮則表示“有權開發核武器和比核武器更厲害的武器”。同年12月，美國以朝鮮違反《朝美核框架協議》為由停止向朝提供重油。
2003年1月10日，朝鮮宣佈退出《不擴散核武器條約》。在包括中國在內的國際社會斡旋下，同年8月27日至29日，中國、朝鮮、美國、韓國、俄羅斯和日本在北京舉行朝核問題六方會談。
2005年9月19日，第四輪六方會談經過兩個階段的艱苦談判，與會六方一致通過了六方會談啟動以來的首份共同聲明。朝方承諾，放棄一切核武器及現有核計畫，早日重返《不擴散核武器條約》；美方確認無意以核武器或常規武器攻擊或入侵朝鮮；朝方聲明擁有和平利用核能的權利，其他各方對此表示尊重。
但此後，朝美雙方圍繞“金融制裁”、導彈試射等問題反復進行針鋒相對的對抗。
2006年10月9日，朝鮮宣佈成功進行了一次地下核子試驗。
2007年2月13日，第五輪六方會談第三階段會議通過《落實共同聲明起步行動》共同文件。同年7月，朝鮮關閉並封存甯邊核設施。10月3日，第六輪六方會談第二階段會議通過《落實共同聲明第二階段行動》共同檔。根據這一檔，美朝同意繼續致力於改善雙邊關係，向實現建立全面外交關係邁進。11月，朝鮮開始對甯邊3個核設施實行“去功能化”。後因朝美在核計畫申報問題上產生分歧，檔未能得到有效落實。
2009年4月，朝鮮宣佈退出朝核問題六方會談，並恢復已去功能化的核設施。
2006年10月9日至2017年9月3日，朝鮮先後共進行6次核子試驗，並多次試射彈道導彈。其間，聯合國安理會通過多項決議予以譴責，並決定對朝鮮實施制裁。
2018年4月20日，朝鮮勞動黨第七屆中央委員會第三次全體會議決定，自次日起中止核子試驗與洲際彈道導彈試射，並廢棄北部核子試驗場。
4月27日，韓國總統文在寅和朝鮮最高領導人金正恩在板門店舉行首次會晤並簽署《板門店宣言》，宣佈雙方將為實現朝鮮半島無核化和停和機制轉換而努力。
5月24日，朝鮮在鹹鏡北道吉州郡的豐溪裡核子試驗場對多條坑道和附屬設施進行爆破，並宣佈正式廢棄這座核子試驗場。
6月12日，美國總統特朗普和金正恩在新加坡舉行美朝在任領導人歷史上首次會晤並簽署聯合聲明。金正恩重申對“朝鮮半島完全無核化”的承諾，特朗普承諾為朝鮮提供安全保障。但雙方在棄核步驟及方式、解除制裁等問題上仍存分歧。
9月19日，文在寅與金正恩在平壤簽署《9月平壤共同宣言》。朝方表示，如果美國根據6月12日簽署的朝美聯合聲明的精神採取相應措施，朝鮮有意採取諸如永久廢棄甯邊核設施等追加措施。朝方還說將首先在相關國家專家的參與下永久廢棄東倉裡導彈發射台和發動機試驗場。
2019年1月1日，金正恩發表新年賀詞，重申要堅定不移地實現朝鮮半島無核化，表示隨時準備和特朗普再次會談。2月8日，特朗普宣佈，他與金正恩的第二次會晤將於2月27日至28日在越南河內舉行。
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