主条目：氢弹

两种核分裂起爆方式

核融合核武透过核聚变释放能量。轻核子如氢或氦结合成较重的元素，同时释放大量的能量。使用核融合过程的武器亦常被称为氢弹，因为氢是核融合的常用材料。核融合核武有时亦称热核武器，因为它们的连锁反应需要更高的温度启动。

一般的氢弹会先引爆作为前级的核分裂弹，造成足够的温度及压力，之后的后级核融合才会开始。后级可以无限制地连锁起来，制成比普通核分裂强力很多的核武。

只有美、俄、英、中、法五国拥有使用与生产氢弹的能力。印度在1998年5月进行的核试验中试爆了带热核装置的核弹，可能拥有氢弹或已经研制成功了氢弹。

主条目：中子弹

中子弹是小型的热核武器。武器内的X射线反射镜及弹壳以铬或镍制成，让核融合中产生的中子离开弹体。高能量的中子流比其他放射更具穿透能力。一般能阻隔伽傌射线的物料通常不足以抵挡中子流。因为只有水和才能吸收中子，而生物中含大量水份，所以中子流对生物产生的伤害比伽傌射线更大。原先制造中子弹的目的，是希望可以杀人而不毁物（被戏称为「业主炸弹」或「房贷积欠款炸弹」：能杀死屋内的人，但房子无损）。中子弹所产生的热能及冲击波被故意减低，而中子流则被加强。但事实上中子弹的热及火仍然会对建筑物造成严重的损毁。所谓「杀人不毁物」只是相对其他热核武器。中子弹所加强的放射，只限于引爆的一刻，与感生放射核弹的长期放射有所不同。

MK15核子弹

它是一种小型氢弹，采用了慢化吸收技术，减少中子活化，削弱其爆炸后的作用，部队可以迅速进入爆炸区投入战斗，是一种战术核弹。

原理类似一座无防护层的裂变反应堆，所以不会发生一般意义上的爆炸，只放出大量伽玛射线；尽管各种效应不大，也不会使人立刻死去，虽然能造成持久的，但不一定会污染土地，能有效迫使敌人离开。