Satu ciri utama Perang Dingin adalah perlumbaan senjata antara Kesatuan Soviet dan NATO, terutamanya Amerika Syarikat tetapi termasuk juga United Kingdom, Perancis, Jerman Barat, dan beberapa kuasa Eropah. Perlumbaan ini yang berlaku dalam pelbagai bidang teknologi dan ketenteraan menghasilkan banyak penemuan saintifik. Kemajuan revolusioner terutamanya adalah dalam bidang roket yang mendorong perlumbaan angkasa. (Kebanyakan atau kesemua roket yang digunakan untuk melancarkan manusia dan satelit ke angkasa lepas dan untuk sampai ke bulan berasal daripada reka bentuk ketenteraan.)

Bidang-bidang lain dalam perlumbaan senjata termasuk:

• artileri biasa
• grenad terdorong roket serta senjata anti kereta kebal yang lain
• jet pejuang
• kapal selam dan peperangan anti-kapal selam
• kenderaan berperisai
• meriam anti pesawat
• Peluru berpandu balistik antara benua (serta juga IRBM)
• Peluru berpandu balistik pelancaran kapal selam
• Pesawat pengebom
• Peluru berpandu permukaan ke permukaan (termasuk SRBM dan peluru berpandu krus)
• penjualan senjata kepada negara-negara dunia ketiga untuk melihat sistem senjata kuasa besar yang mana adalah lebih berkesan
• perisikan elektronik
• perisikan isyarat
• pesawat pengintip
• satelit pengintip
• senapang
• senjata biologi
• senjata kimia
• senjata nuklear
• teknologi Peluru berpandu anti balistik

Semua bidang ini memerlukan pelaburan teknologi dan pengilangan yang tinggi. Dalam banyak bidang, orang Barat telah mencipta senjata-senjata dengan keberkesanan yang unggul, terutamanya kerana pencapaian mereka dalam bidang komputer digital serta keberatan mereka untuk mengembangkan sistem-sistem dengan keunggulan keganasan. Sebaliknya, blok Timur mencipta bilangan reka bentuk yang lebih besar dalam setiap bidang, dan membina lebih banyak jenis senjata pada jumlah yang lebih besar.

Salah satu ciri perlumbaan senjata nukear yang ketara, disokong khususnya oleh penggunaan ICBM nuklear, ialah konsep pencegahan melalui kebinasaan pasti bersama atau "MAD". Gagasan bahawa blok Barat tidak akan menyerang blok Timur dan sebaliknya disebabkan oleh kedua-dua pihak memiliki cukup banyak senjata nuklear untuk menghapuskan sama sekali satu sama lain dan mengakibatkan seluruh bumi tidak dapat dihuni. Justera itu, menyerang satu sama lain merupakan suatu perbuatan pembunuhan diri yang kedua-dua pihak tidak ingin mencuba.

Selepas perpecahan Kesatuan Soviet, banyak teknologi yang amat tinggi kini boleh didapati di pasaran terbuka. Jet pejuang, misail anti pesawat, senjata kecil, serta juga senjata nuklear, biologi, dan bahan kimia dikatakan telah bertukar tangan. Dalam sesetengah kes, negara-negara bekas blok Soviet merampas harta-harta seperti kapal tentera laut yang dilabuhkan di pelabuhan-pelabuhan yang kini dimiliki oleh mereka. Dalam banyak kes, kerajaan-kerajaan tersebut tidak berupaya mengendalikan atau memeliharakan harta-harta itu, dengan sebilangannya dilelong.