Een kernwapen haalt zijn kracht uit het feit dat er na de eerste kernsplijting, verschillende nieuwe kernsplitsingen in gang gestoken zijn. Hiervoor is een superkritische (van het Latijnse super, wat boven, hoger of groter betekent) massa nodig, met nog meer splijtbare kernen zeer dicht bij elkaar. De (super)kritische massa blijft echter na de eerste kernsplitsing slechts zeer kort bestaan, aangezien de massa van de kritische massa zeer snel kleiner wordt, het zware atoom wordt immers omgezet in twee lichtere atomen. Men krijgt dan een subkritische massa, waarbij na een splitsing geen nieuwe splitsing ingezet wordt, en de nucleaire kettingreactie dus uitdooft. Dit hele proces duurt slechts ongeveer 1000 nanoseconden, of één microseconde. Dit heeft als gevolg dat het grootste deel van het splijtbare materiaal ongespleten blijft. Toch wordt er op een enorm korte tijd enorm veel energie opgewekt, met een gigantische vernietigende kracht tot gevolg.

Tot zover de theorie. In praktijk zijn er twee relatief eenvoudig splijtbare stoffen, die beiden een grote massa hebben, en dus veel energie bevatten. Deze twee zijn het uraniumisotoop ²³⁵U, of het plutoniumisotoop ²³⁹Pu. Alle kernsplijtingswapens bevatten dan ook één van deze twee stoffen. Een uraniumbom heeft als splijtstof verrijkt uranium, dit is uranium dat kunstmatig een grote hoeveelheid ²³⁵U bevat. In de natuur komt uranium immers voor het grootste deel als ²³⁸U-isotoop voor, maar dat is lang niet zo goed splijtbaar als ²³⁵U. Een plutoniumbom heeft als splijtstof het ²³⁹Pu-isotoop. Dit wordt verkregen door het natuurlijke ²³⁸U in een kernreactor aan neutronen bloot te stellen.

Het grootste obstakel bij kernwapens is het bereiken van de (super)kritische massa. De meest gebruikte methode is om rond een bol splijtstof, conventionele explosieven te plaatsen, en de explosieven te laten ontploffen op het moment dat de bol splijtstof met neutronen gebombardeerd wordt. De druk van de explosieven zal de splijtstof samendrukken (laten imploderen), tot een superkritische massa, en de neutronen zetten de nucleaire kettingreactie in gang. In een fractie van een seconde zal de bom exploderen met een kracht, gelijk aan die van enkele kilotonnen TNT (TriNitroTolueen, een uiterst krachtig explosief). Door toevoeging van beryllium, deuterium en tritium in de splijtstof, wordt de superkritische massa langer behouden, aangezien deze stoffen het aantal neutronen in de splijtstof langer op peil houden, en dus voor meer splijtingen zorgen.

De eerste kernsplijtingsbommen werden gemaakt in de VS, waar in 1939 het Manhattanproject was opgestart om splijtbaar materiaal te produceren en om een atoombom te ontwerpen. Uit vrees voor de productie van een atoombom door Nazi-Duitsland, werd in 1943 Project Y opgestart, met als doel zo snel mogelijk een gevechtsklare atoombom te ontwikkelen. In 1945 vonden zowel de eerste kernproeven plaats, als de eerste en enige kernaanvallen op menselijke doelwitten. De uraniumbom Little Boy, gedropt op Hiroshima op 6 augustus, had een kracht van 12,5 kiloton TNT, en de plutoniumbom Fat Man, gedropt op Nagasaki op 9 augustus, had een kracht van 21 kiloton TNT. In het totaal waren deze bommen ruw geschat verantwoordelijk voor 300 000 doden, en ze betekenden het einde van de tweede Wereldoorlog.

De kernfusiebom is ontwikkeld in de VS tijdens de Koude Oorlog. Op 1 november 1952 werd de eerste waterstofbom tot ontploffing gebracht nabij de Marshalleilanden. Deze had een kracht van 10 000 kiloton TNT, ofwel 10 megaton TNT. Op 30 oktober 1961 liet de USSR de krachtigste bom ooit ontploffen: de waterstofbom Tsar Bomba explodeerde boven Nova Zembla met een kracht van 50 megaton TNT. Er is tot op heden nooit een kernfusiebom tegen een menselijk doelwit gebruikt.