Les bombes atomiques fonctionnent en divisant les atomes, tandis que les bombes à hydrogène, également appelées bombes nucléaires, tirent leur énergie de la fusion des atomes. Alors que les deux types de réactions impliquent le noyau de l'atome, et les deux peuvent donc être appelé à juste titre "nucléaire", la tradition a réservé le mot pour les types de réactions qui sont exclusifs aux dispositifs de fusion.
Une bombe atomique fonctionne en divisant les noyaux atomiques d'éléments lourds pour produire des atomes d'éléments filles ainsi qu'une grande quantité d'énergie. C'est cette énergie qui fournit à la bombe atomique sa force dévastatrice. Les armes nucléaires ou thermonucléaires, quant à elles, fonctionnent en chauffant les atomes d'un élément léger, généralement l'hydrogène, au point que les collisions entre elles entraînent la fusion en un seul atome d'hélium. Cette réaction libère également de grandes quantités d'énergie, qui est la source du potentiel destructeur de la bombe nucléaire. Les bombes nucléaires utilisent des bombes atomiques standard de type fission comme déclencheur explosif pour générer la chaleur et la pression nécessaires à la fusion nucléaire.
La fusion nucléaire est moins efficace par interaction que la fission du plutonium, mais les bombes à hydrogène compensent largement cette relative inefficacité en transportant de grandes quantités d'hydrogène combustible. Le plus grand nombre de réactions dans une bombe nucléaire fait passer sa force de la gamme de kilotonnes commune aux bombes atomiques à la gamme de mégatonnes qui a fait des armes nucléaires l'un des dispositifs les plus puissants jamais construits.
