Tijekom vremena koje je prošlo od prvog testa u Alamogordu, zagrmjele su tisuće eksplozija fisijskih naboja, od kojih je svaka stekla dragocjeno znanje o posebnostima njihovog funkcioniranja. Ovo znanje slično je elementima mozaičnog platna, pa se pokazalo da je "platno" ograničeno zakonima fizike: kinetika usporavanja neutrona u sklopu postavlja ograničenje na smanjenje veličine streljiva i njezina snaga, a postizanje oslobađanja energije značajno veće od stotinu kilotona nemoguće je zbog nuklearne fizike i hidrodinamičkih ograničenja dopuštenih dimenzija podkritičke sfere. No, ipak je moguće učiniti streljivo snažnijim ako se, zajedno s fisijom, postigne nuklearna fuzija.
Najveća vodikova (termonuklearna) bomba je sovjetska "carska bomba" od 50 megatona, detonirana 30. listopada 1961. na poligonu na otoku Novaya Zemlya. Nikita Hruščov našalio se kako je prvotno trebala eksplodirati bombu od 100 megatona, no naboj je smanjen kako se ne bi razbila sva stakla u Moskvi. U svakoj šali ima nešto istine: strukturno, bomba je doista dizajnirana za 100 megatona, a ta se snaga mogla postići jednostavnim povećanjem radne tekućine. Odlučili su smanjiti oslobađanje energije iz sigurnosnih razloga - inače bi odlagalište bilo previše oštećeno. Ispostavilo se da je proizvod bio toliko velik da se nije uklopio u bombeni prostor aviona nosača Tu-95 i djelomično je stršao iz njega. Unatoč uspješnom testiranju, bomba nije ušla u službu; ipak, stvaranje i testiranje superbombe bilo je od velike političke važnosti, pokazujući da je SSSR riješio problem postizanja gotovo bilo koje razine megatonaže nuklearnog arsenala.
Fisija plus fuzija
Teški izotopi vodika služe kao gorivo za sintezu. Kad se jezgre deuterija i tricija spoje, nastaju helij-4 i neutron, iskorištenje energije u ovom slučaju iznosi 17,6 MeV, što je nekoliko puta više nego u reakciji fisije (po jedinici mase reagensa). U takvom gorivu, u normalnim uvjetima, ne može doći do lančane reakcije, tako da njegova količina nije ograničena, što znači da oslobađanje energije termonuklearnog naboja nema gornju granicu.
Međutim, da bi fuzijska reakcija započela, potrebno je zbližiti jezgre deuterija i tricija, a to ometaju sile Coulombovog odbijanja. Da biste ih prevladali, morate ubrzati jezgre jedni prema drugima i gurnuti ih. U neutronskoj cijevi, tijekom reakcije skidanja, velika se energija troši za ubrzanje iona visokim naponom. No zagrijete li gorivo na vrlo visoke temperature od milijun stupnjeva i zadržite njegovu gustoću onoliko vremena koliko je potrebno za reakciju, ono će osloboditi energiju mnogo više od one potrošene na zagrijavanje. Zahvaljujući ovoj metodi reakcije oružje se počelo nazivati termonuklearnim (prema sastavu goriva takve se bombe nazivaju i hidrogenske bombe).