Tijekom vremena koje je prošlo od prvog testa u Alamogordu, zagrmjele su hiljade eksplozija fisionih naboja, od kojih je svaka stekla dragocjeno znanje o posebnostima njihovog funkcioniranja. Ovo znanje je slično elementima mozaičnog platna, pa se pokazalo da je "platno" ograničeno zakonima fizike: kinetika usporavanja neutrona u sklopu postavlja ograničenje na smanjenje veličine streljiva i njegova 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 municiju snažnijom ako se, zajedno s fisijom, postigne nuklearna fuzija.
Najveća hidrogenska (termonuklearna) bomba je sovjetska "Carska bomba" od 50 megatona, detonirana 30. oktobra 1961. godine na poligonu na ostrvu Nova Zemlja. Nikita Hruščov se našalio kako je prvobitno trebalo detonirati bombu od 100 megatona, ali je naboj smanjen kako ne bi razbio sva stakla u Moskvi. U svakoj šali ima istine: strukturno, bomba je zaista dizajnirana za 100 megatona, a ta se snaga mogla postići jednostavnim povećanjem radne tekućine. Odlučili su smanjiti sigurnosno oslobađanje energije - u suprotnom bi odlagalište bilo previše oštećeno. Ispostavilo se da je proizvod toliko velik da se nije uklopio u ležište bombi aviona-nosača Tu-95 i djelomično je stršao iz njega. Usprkos uspješnom testiranju, bomba nije ušla u upotrebu; ipak, stvaranje i testiranje superbombe imalo je veliki politički značaj, pokazujući da je SSSR riješio problem postizanja gotovo bilo kojeg nivoa 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, prinos energije u ovom slučaju iznosi 17,6 MeV, što je nekoliko puta više nego u reakciji fisije (po jedinici mase reagensa). U takvom gorivu, pod 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 reakcija fuzije 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 količina energije se troši na ubrzanje iona visokim naponom. Ali ako zagrijete 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).