Химическое оружие стало настоящим оружием массового поражения (ОМП) только после того, как оно появилось в современном виде в Первой мировой войне (1914-18 гг.). Немецкая армия положила начало современной химической войне, проведя 22 апреля 1915 года хлорную атаку в Ипре (Бельгия), убив 5000 французских и алжирских солдат и на мгновение прорвав их линии обороны. На использование Германией газа и иприта союзники вскоре ответили аналогичной тактикой. К концу войны обе стороны использовали огромное количество химического оружия, что привело к 1 300 000 жертв, включая 91 000 погибших. Русская армия понесла около 500 000 таких потерь, а британцы имели 180 000 раненых или убитых от химического оружия. Треть всех американских потерь в Первой мировой войне была вызвана ипритом и другими химическими газами — примерно такое же соотношение для всех участников вместе взятых. К концу войны все великие державы разработали не только наступательное химическое оружие, но и грубые противогазы и защитные костюмы для защиты от атак химического оружия. В общей сложности во время Первой мировой войны воюющие государства использовали более двух десятков различных химических агентов, включая горчичный газ, который, возможно, стал причиной 90 процентов всех химических потерь (хотя очень немногие из них были смертельными) в ходе этого конфликта.
Также использовались такие удушающие газы, как хлор, фосген, дифосген и хлорпикрин. К кровяным отравляющим веществам относились цианистый водород, цианоген, хлор и бромистый цианоген. Также использовались чихательные средства с мышьяком, слезоточивые газы, такие как этилбромоацетат, бромоацетон и бромбензилцианид.
Ужасающие жертвы Первой мировой войны убедили многих мировых лидеров в необходимости запретить использование химического оружия. В 1920-х годах было выдвинуто несколько предложений, а в 1925 году на Женевской конференции по надзору за международной торговлей оружием (см. Женевские конвенции) был принят протокол, который подписали большинство государств мира. Женевский протокол 1925 года запретил применение химического и биологического оружия, хотя запрет распространялся только на тех, кто подписал договор. Женевский протокол не запрещал производство, приобретение, накопление или передачу такого оружия и, что особенно важно, не содержал никакой процедуры проверки для обеспечения его соблюдения.
Несмотря на реакцию населения против этой формы ведения войны и международное соглашение о запрете применения химического оружия, в годы между двумя мировыми войнами химическое оружие применялось неоднократно. Например, химическое оружие применяли британские войска в Гражданской войне в России (1919), испанские войска в Марокко (1923-26), итальянские войска в Ливии (1930), советские войска в Синьцзяне (1934) и итальянские войска в Эфиопии (1935-40).
Во время китайско-японской войны (1937-45 гг.) японские войска широко использовали против китайских целей средства борьбы с беспорядками, фосген, цианистый водород, люизит и иприт. Нет никаких данных о химической войне среди воюющих сторон Второй мировой войны, кроме японцев. Силы Оси в Европе и союзные войска придерживались политики неприменения химического оружия первыми, хотя каждая сторона была готова ответить на него добром, если бы другая действовала первой. Действительно, все крупные державы создали обширный потенциал химического оружия в качестве сдерживающего фактора для его применения.
После Второй мировой войны химическое оружие применялось неоднократно. Египетские вооруженные силы, участвовавшие в гражданской войне в Йемене между роялистами и республиканцами, применяли химическое оружие, такое как нервно-паралитические и ипритные вещества, в 1963, 1965 и 1967 годах. Во время советской интервенции в афганскую войну (1978-92 гг.) против повстанцев-моджахедов применялось химическое оружие, в том числе иприт и инкапаситирующие вещества. В 1987 году Ливия использовала ипритные боеприпасы против повстанцев в Чаде.
Наиболее масштабное применение химического оружия после Второй мировой войны произошло во время ирано-иракской войны (1980-88 гг.), в ходе которой Ирак использовал нервно-паралитические вещества зарин и табун, а также средства подавления беспорядков и отравляющие вещества типа сернистого иприта, что привело к десяткам тысяч жертв среди иранцев. Химическое оружие позволило Ираку избежать поражения, но не одержать победу над более многочисленными иранскими силами. В ответ на применение Ираком химического оружия Иран предпринял усилия по разработке химического оружия и, возможно, применил его против Ирака, что Иран отрицает. Более того, Иран утверждает, что прекратил свою программу, когда подписал (1993) и ратифицировал (1997) КХО. Ирак также использовал химическое оружие (предположительно цианистый водород, зарин или сернистый иприт) против иракских курдов, которые считались недружественными режиму Саддама Хусейна. Самой известной такой атакой стало убийство 5 000 курдов, в том числе многих мирных жителей, в городе Халабджа в 1988 году.
Наиболее заметное применение химического оружия в XXI веке произошло во время гражданской войны в Сирии. Сообщалось, что в начале 2013 года сирийские войска несколько раз применяли химическое оружие в Хомсе и Алеппо. Более крупный выброс химических веществ произошел в пригороде Дамаска 21 августа 2013 года, в результате чего погибли несколько сотен человек. В ответ на возражения России и Ирана США направили пять эсминцев с управляемыми ракетами в восточное Средиземноморье и пригрозили нанести удары по военным объектам в Сирии. Неосторожное замечание госсекретаря США Джона Керри о том, что нападения можно избежать, если Сирия сдаст все свое химическое оружие, подтолкнуло российских чиновников к заключению соглашения, согласно которому Сирия должна была передать свои запасы химического оружия под международный контроль. Соединенные Штаты приняли российскую инициативу, предотвратив военные действия, и в октябре началось уничтожение оружия. Однако на этом применение химического оружия режимом сирийского президента Башара Асада отнюдь не закончилось. После того как в апреле 2017 года была совершена атака с применением химического оружия в Хан-Шайхуне, Соединенные Штаты нанесли по авиабазе Шайрат под Хомсом удар 59 крылатыми ракетами «Томагавк». Год спустя, после того как сирийское правительство применило химическое оружие в Думе, американские, британские и французские войска нанесли более 100 ударов по объектам химического оружия в окрестностях Дамаска и Хомса.
