ソ連は、1960年代初頭に連続して水素爆弾の核実験をした。1961年10月30日午前3時30分に、ソ連は人類の歴史上で、最も強力な核兵器を爆発させた。北極に浮かぶノーヴァヤ・ゼムリャー島で核実験された核爆弾は、TNT爆弾で約58メガトンに相当した。爆弾は核融合段階で、さらに強力なウラン238の代わりに、鉛タンパーを使う3段階の核融合した。空中投下され爆発して、少量の核分裂生成物が放出されて、何百マイルもの空間を照らした。重水素化リチウムと重水素化リチウムの核融合によって熱核エネルギーが生成された。順番に配置されたシリンダ内で、各段階が次の段階を発火した。1962年には、さらに20から30メガトン級のTNT爆弾に相当する4つもの水素爆弾が核実験された。アメリカ軍とソビエト連邦軍の冷戦における軍拡競争は互いの軍事行動に過激に反応して大きく軍拡された。
他の原子力大国も水素爆弾の開発を追求した。第3番目のイギリスは1954年に、独自の水素爆弾の開発を決定した。1957年11月8日にクリスマス島で、TNT1.8メガトンに相当する水素爆弾を爆発した。第4番目の中国は、1967年6月14日に水素爆弾を爆発させた。最初の原子爆弾から32か月後にはTNT3.3メガトンに相当する熱核爆弾を爆発させた。最後にフランスが、水素爆弾の熱核融合装置を、1968年8月24日に太平洋のファンガタウファ環礁でTNT火薬2.6メガトンに相当した結果、環礁をひどく核汚染した。その他にインドとパキスタンの両国が、1998年の核実験に熱核装置またはブースト核分裂装置を実験したと推定された。イスラエルには核分裂に基づく核兵器があると推定された。世界の核兵器は、約6,000個以上もの核兵器があり、その大部分は熱核爆弾で構成した。既存の核の備蓄以外にも、核兵器計画を積極的に追求する国が他にもある。2006年に北朝鮮は限定核兵器を爆発させ模様である。イランの核実験計画の真意も未だに不明である。
