การทิ้งระเบิดนิวเคลียร์ที่ฮิโรชิมะและนางาซากิ
สหรัฐอเมริกา อังกฤษและแคนาดา ได้ร่วมมือกันตั้งโครงการลับ "ทูบอัลลอยด์" และ "สถานีวิจัยคลาค รีเวอร์" เพื่อออกแบบและพัฒนาอาวุธนิวเคลียร์ลูกแรก ภายใต้โครงการที่เรียกว่า "โครงการแมนฮัตทัน" ภายใต้การค้นคว้าวิจัยของนักวิทยาศาสตร์ และนักฟิสิกส์อเมริกัน นาม เจ. โรเบิร์ต ระเบิดปรมาณูที่ใช้ถล่มเมืองฮิโรชิมะของญี่ปุ่น ที่ชื่อ "ลิตเติลบอย" นั้น ได้ใช้ ยูเรเนียม - 235, ลูกระเบิดลูกแรกถูกทดสอบที่ ทรีนิตี้, นิวเม็กซิโก ในวันที่ 16 กรกฎาคม 2488 ส่วนระเบิดที่ชื่อ “แฟตแมน” ซึ่งใช่ถล่มนางาซากินั้นใช้ พลูโตเนียม - 239
อาวุธเทอร์โมนิวเคลียร์
สหรัฐอเมริกาเป็นชาติแรกที่มีอาวุธชนิดนี้ โดยทำการทดสอบระเบิดเทอร์โมนิวเคลียร์ลูกแรกของโลกในปี ค.ศ. 1952 มีโค้ดเนมคือ (Ivy Mike) นับแต่นั้นคอนเซ็ปต์ดังกล่าวจึงมีหลายชาตินิวเคลียร์ส่วนใหญ่ของโลกลอกแบบไปใช้ในออกแบบอาวุธของตน การออกแบบอาวุธนิวเคลียร์ชนิดใหม่ที่เกิดขึ้นในสหรัฐนี้จะเรียกว่า โครงแบบเทลเลอร์–อูลาม (Teller–Ulam configuration) ตามชื่อผู้มีส่วนสำคัญสองคน คือ เอ็ดเวิร์ด เทลเลอร์และสแตนิสลอว์ อูลาม ซึ่งพัฒนาใน ค.ศ. 1951 ให้สหรัฐ และด้วยคอนเซ็ปต์นี้บางอย่างได้ถูกพัฒนาต่อด้วยการมีส่วนร่วมของ จอห์น ฟอน นอยมันน์ สหภาพโซเวียดเป็นชาติที่สองที่มีอาวุธชนิดนี้ โดยทำการทดสอบระเบิดเทอร์โมนิวเคลียร์ของตนเองลูกแรก ใช้ชื่อว่า "RDS-6s (Joe 4)"เมื่อวันที่ 12 สิงหาคม ค.ศ. 1953 จากนั้นจึงตามมาด้วย สหราชอาณาจักร จีนและฝรั่งเศสตามลำดับซึ้งต่างก็พัฒนาอุปกรณ์คล้ายกันนี้
อาวุธเทอร์โมนิวเคลียร์เป็นระเบิดนิวเคลียร์ชนิดที่ออกแบบได้ทรงประสิทธิภาพที่สุดสำหรับผลและพลังงานในระเบิดที่มีผลเกิน 50 กิโลตันขึ้นไป จึงทำให้อาวุธนิวเคลียร์แทบทั้งหมดที่ห้าประเทศนิวเคลียร์ใช้อยู่ในปัจจุบันภายใต้สนธิสัญญาไม่แพร่ขยายอาวุธนิวเคลียร์ล้วนเป็นอาวุธเทอร์โมนิวเคลียร์ที่ใช้การออกแบบของเทลเลอร์-อูลามทั้งสิ้น คุณลักษณะสำคัญของการออกแบบอาวุธเทอร์โมนิวเคลียร์ถูกเก็บเป็นความลับอย่างเป็นทางการมาเกือบสามทศวรรษ ซึ่งคุณลักษณะที่ว่านี้ คือ