西暦1954年 - ビキニ水爆実験／FORTRAN が考案される

そこで、熱核反応（核融合反応）を用いることで、この限界を突破することが見込めた。二重水素・三重水素を原料に用いることから、水素爆弾（水爆）と呼ばれるようになる。
トルーマンはマンハッタン計画の研究者を集め、1952年（昭和27年）11月1日、エニウェトク環礁で人類初の水爆実験に成功。10.4Mトンの威力を見せた。だが、水素を冷却液化するために大規模な装置が必要で、重量は65トンにも達した。
ところが1年も経たない1953年（昭和28年）8月12日、ソ連が固体の重水素化リチウムを使った小型の水爆実験に成功した。アメリカも慌てて重水素化リチウムを使った水爆実験に着手する。

核融合そのものは核分裂のように長期にわたって放射線を発生させる放射能を含まないが、原爆を起爆剤として使うため、兵器として使用されたときの放射能汚染は免れない。第五福竜丸は、そのために被曝した。

1958年（昭和33年）にイギリス、1967年（昭和42年）に中華人民共和国、1968年（昭和43年）にフランスが水爆の開発に成功し、核兵器の総量は地球上の全人類を一掃しても余りあるほどの量に達し、核兵器の存在そのものが矛盾を来すようになった。

1983年（昭和58年）、天文学者のカール・セーガンらが、全面核戦争が起きた場合、世界各地で発生する大規模火災をにより数百万トン規模のエアロゾルが大気中に放出され、これが太陽光線を遮ることにより、植物の死滅や気候の激変を起こすという「核の冬」理論を発表した。

1950年代から、原爆を起爆剤に使用しない純粋な水爆の研究は続けられてきたが、1992年（平成4年）、アメリカは兵器としての純粋水爆の開発を断念した。2021年（令和3年）現在、純粋水爆の開発に成功した報告はない。