Altmış megatona kadar çıkanlabilen tahrip gücü, hidrojen izotoplarının, çekirdek kaynaşması) tepkimesiyle helyuma dönüşmesi sırasında çok büyük miktarda enerjinin açığa çıkmasından kaynaklanır. Denetlenemeyen bu zincirleme tepkimenin başlaması için gerekli olan çok yüksek sıcaklıklar, bir atom bombasınm patlatılmasıyla elde edilir.

Atom bombası ile termonükleer bomba arasındaki temel fark, termonükleer bombada, iki hafif atom çekirdeğinin daha ağır bir çekirdek oluşturacak biçimde kaynaşması sonucunda açığa çıkan enerjiden yararlanılmasıdır. Atom bombasında ise ağır bir atom çekirdeğinin daha hafif iki çekirdek oluşturacak biçimde bölünmesiyle açığa çıkan enerjiden yararlanılır. Normal koşullar altında atom çekirdeği pozitif elektrik yüklüdür ve öbür çekirdekleri kuvvetle iter. Pozitif yüklü çekirdek yalnızca milyonlarca derecelik bir sıcaklık altında bu itme kuvvetini yenecek bir kinetik enerjiye ulaşır; yani iki çekirdek ancak bu tür bir koşulda birbirine yaklaştınlabilir ve kısa erimli çekirdek kuvvetinin yardımıyla kaynaştırılabilir. Çok hafif olan hidrojen çekirdekleri zayıf bir pozitif yük taşıdıkları ve bu termonükleer reaktör 376 nedenle de daha az bir dirence sahip olduklarından, çekirdek kaynaşmasının (füzyon) gerçekleştirilebilmesi için çok uygundur.

Hidrojen çekirdeklerinin, görece daha ağır olan helyum atomunu oluşturacak biçimde kaynaşmaları için kütlelerinin küçük bir bölümünü (yaklaşık yüzde 0,63’ünü) yitirmeleri gerekir. Bu kütlenin yitirilmesi sonucunda, Albert Einstein’m ünlü E = mc2 formülü uyarınca büyük miktarda enerji açığa çıkar. Bir cismin kütlesi ile sahip olduğu enerji arasındaki bağıntıyı gösteren bu formülde “E” enerji miktarı, “m” cismin kütlesi “c” ise ışık hızıdır. Kütlenin yitirilmesi sonucu açığa çıkan bu enerji bir termonükleer bombanın tahrip gücünü oluşturur.

Hidrojen izotopları olan döteryum ve trityum kaynaşma süreci için ideal birer çekirdektir. Bir proton ve bir nötronu bulunan iki döteryum atomu ya da bir proton ve iki nötronu bulunan iki trityum atomu kaynaşma işlemi sırasında birleşerek görece daha ağır olan ve iki proton ile bir ya da iki nötronu bulunan helyum çekirdeğini oluşturur. Günümüzdeki termonükleer bombalarda kaynaşma yakıtı olarak lityum döterür kullanılır. Lityum döterür kaynaşma sürecinin başlangıç evresinde trityuma dönüşür.
Termonükleer bombalarda patlama süreci, klasik patlayıcıların patlamasıyla başlatılır. Bu patlayıcıların patlaması, zincirleme bir çekirdek bölünmesi (fisyon) tepkimesi yaratmaya yetecek miktarda bölünebilir uranyumun bir araya gelmesini sağlar; bu tepkime de bir başka patlama oluşturarak milyonlarca derecelik bir sıcaklık açığa çıkarır. Bu patlamada oluşan kuvvet ve ısı, uranyum kabı tarafından bombanın içine geri yansıtılır; böylece patlama, içinde trityum ve öbür kaynaşma yakıtının bulunduğu bir boruya doğru yönlendirilir.

Devasa ısı, kaynaşma sürecini başlatır ve oluşan patlama uranyum kabını parçalar ve uranyumun da kaynaşmasına yol açar; bu durum patlamanın şiddetini artırır ve radyoaktif döküntüye) neden olur. (Nötron bombası da bir termonükleer silahtır, ama bunlarda uranyum kabı bulunmaz, bu nedenle de çok daha az radyoaktif döküntü oluşur.) Bir termonükleer bombadaki bu patlamalar dizisi saniyenin kesri kadar kısa bir sürede gerçekleşir.

Bir termonükleer bomba patladığında büyük bir gürültü, ışık, ısı ve değişen miktarlarda nükleer serpinti oluşur. Patlama sonucu oluşan sesüstü hızlı şok dalgası birkaç kilometre çapındaki bir alandaki binaları yerle bir edebilecek kadar güçlüdür. Gene patlama sonucunda oluşan yoğun beyaz ışık onlarca kilometre uzaktaki insanlarda bile geçici körlüğe yol açar. Bu yoğun ışık ve yüksek miktardaki ısı, kilometrelerce uzaktaki çalılıkları, ağaçları ve öbür yanıcı maddeleri tutuşturarak çok büyük yangınlar çıkmasına neden olur. Bir termonükleer bombanın neden olabileceği nükleer serpinti miktarı ise bombanın yapısına bağlıdır.

Termonükleer bombalar atom bombalarından yüzlerce hatta binlerce kez daha güçlüdür. Örneğin SSCB’nin 1961’de patlattığı 60 megatonluk termonükleer bomba, II. Dünya Savaşı’nda Hiroşima’ya atılan 15 kilotonluk atom bombasından 4 bin kez daha güçlüydü. Bir termonükleer bombanın gücü bir milyon ton dinamitin gücüne eşit olan megaton cinsinden ifade edilir. Gücü 60 megatonu bulan termonükleer bombalar yapılmıştır; buna karşılık stratejik füzelere yerleştirilen termonükleer bombaların gücü 100 kiloton ile 1,5 megaton arasında değişir. Termonükleer bombalar kıtalararası balistik füzelerin savaş başlıklarına sığabilecek kadar küçük (birkaç metre uzunluğunda) boyutlarda üretilebilir. Yer’in çevresini 20- 25 dakikada dolanabilecek hızla yol alabilen bu bombalar, saptanan hedefin birkaç yüz metre yakınına düşmeyi sağlayabilecek kadar duyarlı bilgisayarlı güdüm sistemleriyle donatılmıştır.

İlk termonükleer bomba 1 Kasım 1952’de Edward Teller ve öbür ABD’li bilim adamları tarafından geliştirildi. SSCB ise ilk termonükleer bomba denemesini 12 Ağustos 1953’te gerçekleştirdi. İngiltere Mayıs 1957’de, Çin Halk Cumhuriyeti 1967’de ve Fransa 1968’de ilk termonükleer bombalarım patlattılar. Günümüzde çeşitli ülke ordularında 20 binden çok termonükleer bomba bulunduğu sanılmaktadır. Bu silahın insanlık için yarattığı korkunç tehlike 1950’lerden beri silahsızlanma görüşmelerinin ana konularından birini oluşturur.