Pierwsze masowe użycie gazów bojowych miało miejsce podczas I wojny światowej. Doświadczenia frontowe doprowadziły do ogromnych strat wśród żołnierzy, co po zakończeniu konfliktu skłoniło społeczność międzynarodową do wprowadzenia ograniczeń dotyczących broni chemicznej. Traktat Wersalski zawierał zakaz produkcji i stosowania gazów bojowych, jednak w praktyce wiele państw kontynuowało prace nad tą technologią, często je ukrywając lub maskując jako rozwój przemysłu chemicznego.

Po I wojnie światowej Niemcy, formalnie zobowiązane do rozbrojenia, zaczęły potajemnie współpracować ze Związkiem Radzieckim w zakresie rozwoju nowoczesnej broni, w tym broni chemicznej. Na radzieckich poligonach, do których inspektorzy Ligi Narodów nie mieli dostępu, prowadzono eksperymenty z czołgami, lotnictwem i środkami trującymi.

Pierwsze wspólne ośrodki doświadczalne powstały pod koniec 1923 roku m.in. w Tomsku, Lipiecku i Kazaniu. W tym samym roku w ZSRR uruchomiono niemiecki zakład „Bersol”, który oficjalnie produkował środki ochrony roślin, lecz w rzeczywistości zajmował się również gazami bojowymi.

Przełomowym momentem dla broni chemicznej było przypadkowe odkrycie tabunu w 1936 roku przez profesora Gerharda Schradera, chemika pracującego dla firmy IG Farben. Schrader prowadził badania nad pestycydami, jednak jedno z jego doświadczeń doprowadziło do wytworzenia wyjątkowo toksycznej substancji. Zainteresowanie wynalazkiem szybko wyraziła armia niemiecka.

Niedługo później opracowano jeszcze silniejszy środek- sarin (1938), który w minimalnych dawkach mógł zabić człowieka w ciągu kilkudziesięciu minut. Pomimo ogromnego potencjału militarnego, Hitler nie zdecydował się na użycie sarinu w działaniach wojennych, prawdopodobnie obawiając się odwetu ze strony aliantów.

Od początku II wojny światowej Niemcy wykorzystali jednak inną substancję chemiczną- Cyklon B. Początkowo stosowany do dezynfekcji magazynów żywności, został przystosowany do masowego uśmiercania ludzi w obozach zagłady. Pierwsze komory gazowe zaczęto wykorzystywać w Auschwitz-Birkenau, a następnie w innych obozach na terenie okupowanej Polski.

Alianci również rozwijali broń chemiczną. Winston Churchill rozważał jej użycie przeciwko III Rzeszy w przypadku konieczności przełamania oporu niemieckiego. Brytyjskie zapasy w 1939 roku obejmowały m.in. 3,5 miliona pocisków chemicznych, 1,8 miliona bomb lotniczych, 40 tysięcy ton gazu musztardowego oraz 14 tysięcy ton fosgenu, ilość potencjalnie wystarczającą do unicestwienia znacznej części populacji Niemiec.

W 1945 roku Brytyjczycy odkryli w rejonie Münster rakiety z gazami oznaczonymi kolorami białym, zielonym i żółtym, później zidentyfikowanymi jako tabun i sarin.

2 grudnia 1943 roku podczas niemieckiego nalotu na włoski port w Bari trafiony został amerykański statek transportowy „John Harvey”, przewożący tajnie gaz musztardowy. W wyniku eksplozji zginęło około tysiąca żołnierzy i wielu cywilów. Informacje o zdarzeniu zostały utajnione przez amerykański wywiad na wiele lat.

Po zakończeniu wojny część niemieckich zapasów broni chemicznej została przejęta przez aliantów, w tym Związek Radziecki i Stany Zjednoczone. Broń chemiczna pozostawała przedmiotem badań także po 1945 roku, mimo formalnych zakazów. Do dziś jest uważana za jedno z najbardziej niebezpiecznych i nieludzkich narzędzi prowadzenia wojny.