Allkirjastanud nõustusid katsetama pomme vaid maa all, eeldusel, et selle käigus välditakse radioaktiivse saaste sattumist teiste riikide territooriumile. Samas ei allkirjastanud lepet neljas tuumarelva omav riik Prantsusmaa ega Hiina, keda lahutas esimesest edukast tuumapommi katsetusest selleks hetkeks veidi enam kui aasta.

Tuumarelvade katsetamist piirava lepinguga loodeti hajutada nii külmast sõjast tingitud pingeid kui kaitsta keskkonda. 1950. aastate keskpaigaks oli ühiskonnas tekkinud lisaks maailma hävitava tuumasõja hirmule ka põhjendatud kartus muuta Maa elukõlbmatuks pelgalt tuumarelvade katsetamisega.

Hiroshimale ja Nagasakile heidetud aatompommide plahvatuse käigus vabanenud energiahulk kahvatus uue põlvkonna vesinikpommide eest, mis viis mõnel juhul nende mõju olulise alahindamiseni. Näiteks 1954. aastal Ühendriikide poolt Bikini atollil katsetatud pommi Castle Bravo saagist alahinnati pea kahekordselt. Ennustuse kohaselt oleks pidanud plahvatus olema võrreldav kaheksa miljoni tonni trotüüli plahvatamisega, tegelikult oli aga saagis 15 megatonni.

Osa plahvatuse käigus vallandunud radioaktiivset ainest langes inimeste poolt asustatud Rongelapi ja Rongeriki atollidele, kus sai vähemalt 239 inimest oluliselt kiiritada. Veelgi suurema kiirgusdoosi said atollide lähistel kala püüdnud Jaapani kalurid.

Nõnda algasid 1955. aasta mais viiepoolsed läbirääkimised, mis haarasid lisaks Nõukogude Liidule, Ühendriikidele ja Suurbritanniale Kanadat ja Prantsusmaad. Oma panuse andsid ÜRO vahendusel ka teised maailma riigid. Läbirääkimised venisid aga eriarvamuste tõttu kaheksa aasta pikkuseks. Ühel hetkel soovis Nõukogude Liit tuumakatsetused isegi täielikult keelustada.

Lõpuks allkirjastatud leppele kirjutas selle jõustumise ajaks 10. oktoobril 1963 peale maailma suurvõimude alla veel 108 riiki. Mõne riigi allkiri lisandus aga alles 1988. aastal.