수소의 원자핵이 융합하여 헬륨의 원자핵을 만들때 방출되는 에너지를 살상·파괴용으로 이용한 폭탄. 수폭·열핵폭탄이라고도 한다. 오늘날은 원자폭탄(우라늄 235와 플루토늄 239의 분열폭탄)을 방아쇠로 하는 고온·고열하가 아니면 융합반응을 일으키지 않기 때문에 열핵무기(熱核武器) 또는 핵융합무기라고도 한다.

전형적인 반응식은 3중수소와 2중수소가 고온하에서 반응하여 헬륨의 원자핵이 융합되면서 중성자 1개가 튀어나오게 되는 것이다. 이들 수소는 액체 상태의 것을 사용하기 때문에 습식(濕式)이라 한다. 그런데 이것은 냉각장치 등으로 부피가 커서 실용에는 적합하지 않다. 따라서 리튬과 수소의 화합물(고체)을 사용하는 건식(乾式)이 개발되었다.

그 반응의 예를 들면 중수소화 리튬이 고온하에서 중성자의 충격을 받으면 헬륨과 2중수소와 3중수소가 생성되고, 다시 2중수소와 3중수소가 융합하여 헬륨이 생겨나고, 중성자가 튀어나오게 되는 식이다. 수소폭탄의 반응에는 임계량(臨界量)이 없으므로 이론적으로는 대형화·소형화가 가능하다.

최초의 수폭실험은 1952년 미국의 습식이, 53년 소련의 건식이 성공하였으며, 지금까지 실험된 최대의 것은 소련의 58 Mt급이다.

수소폭탄에는 수소폭탄·초우라늄폭탄·순융합폭탄 등이 있다. 수소 융합반응에서는 분열생성물과 같은 다량의 방사능이 발생되지 않으므로 수소폭탄은 비교적 ‘깨끗한 수폭’이지만, 수소폭탄의 주위를 우라늄 238로 싼 초우라늄 폭탄은 수폭의 융합반응에서 발생하는 고속중성자에 의해 보통은 비분열성인 우라늄 238로 분열반응을 일으키게 함으로써 보다 큰 폭발력과 함께 다량의 방사능을 발생하는 ‘더러운 수폭’이며, 이 폭탄을 3F 폭탄이라 한다.

우라늄 238 대신에 코발트를 사용한 코발트폭탄, 질소화합물을 사용한 질소폭탄도 있다. 이러한 메가톤급 폭탄은 지표폭발(地表爆發)의 경우 풍향에 따라 150 km 이상에 걸친 방사능의 국지적 강하에 의한 치사지구(致死地區)를 형성한다. 오늘날 전략무기라고 하는 대형 핵무기는 이에 속한다. 순융합폭탄은 아직도 연구 중에 있으나, 원자폭탄을 방아쇠로 사용하지 않는, 잔류방사능(殘留放射能)이 없는 ‘아주 깨끗한 폭탄’이 될 것이다.