Mặc dù cả bom nguyên tử và bom hạt nhân đều thu được sức mạnh to lớn của chúng từ các phản ứng diễn ra trong hạt nhân của nguyên tử, nhưng chúng hoạt động theo những cách khác nhau. Như thuật ngữ được sử dụng phổ biến nhất, bom nguyên tử lấy năng lượng của nó từ sự phân hạch hoặc phân tách các nguyên tử, trong khi một thiết bị hạt nhân, hay "bom H", được điều khiển bởi phản ứng tổng hợp.
Vật lý đằng sau hai loại vũ khí này tương tự nhau, theo About.com. Trong bom nguyên tử, một nguyên tử nặng, thường là uranium hoặc plutonium đã được làm giàu, bị tách ra và phát ra đủ neutron để tách nhiều nguyên tử hơn. Điều này giải phóng năng lượng cực lớn thường được đo bằng sức công phá tương đương của hàng nghìn tấn TNT hoặc kiloton.
Bom hạt nhân sử dụng sự phân hạch nguyên tử làm nguyên nhân kích hoạt cho một vụ nổ vẫn còn năng lượng hơn. Nhiệt độ cao tạo ra bởi sự phân hạch plutonium khuyến khích các nguyên tử hydro hợp nhất thành heli. Một lần nữa, điều này giải phóng năng lượng một cách không kiểm soát trên mục tiêu. Mặc dù phản ứng nhiệt hạch có hiệu quả thấp hơn phản ứng phân hạch, nhưng hydro rất nhẹ và có thể được đóng gói dày đặc trong lõi của một quả bom hạt nhân. Năng suất của bom khinh khí có cường độ lớn hơn mức độ phân hạch đơn lẻ có thể tạo ra và nó được tính bằng megaton hoặc hàng triệu tấn TNT.
