Bomby jądrowe (zwane też atomowymi, ang. "A-bomb") dzieli się na dwa rodzaje ze względu zarówno na budowę, jak i działanie. Pierwsza koncepcja, tzw. "Thin Man", nie jest obecnie stosowana, gdyż do jej stworzenia potrzeba więcej materiałów rozszczepialnych niż w drugiej koncepcji, zwanej "Fat Man". Obie te koncepcje powstały już podczas II Wojny Światowej, jednak z wyżej wymienionej przyczyny to ta druga była później intensywnie rozwijana. ([15])

W obu rodzajach głowic stosuje się ten sam mechanizm powstrzymywania neutronów przydatnych do podtrzymywania reakcji łańcuchowej przed ucieczką poza bombę. Służy temu warstwa ciężkiego materiału, którym może być wolfram lub naturalny uran, zwana reflektorem. Odbija ona większość neutronów i powoduje ich powrót w rejon rdzenia. Inaczej bywa tylko w przypadku tzw. bomby neutronowej.

"Chudzielec" to pomysł polegający na nagłym złączeniu dwóch mas podkrytycznych tak, by w sumie dały masę nadkrytyczną i wywołały ekplozję. Szybkie złączenie jest realizowane przez wstrzelenie jednej części rdzenia w wydrążoną drugą przy użyciu klasycznych materiałów wybuchowych. Dlatego też tę koncepcję nazywa się często koncepcją "działa". Najczęściej rdzeń jest wydrążoną kulą lub walcem, gdyż te bryły mają najlepszy stosunek objętości do pola powierzchni. Wadami tego rozwiązania jest duża ilość materiałów rozszczepialnych potrzebna do spowodowania eksplozji (większa niż masa krytyczna danego materiału) oraz fakt, że wstrzelenie następuje ze skończoną prędkością. Oznacza to, że reakcje rozszczepień mogą się rozpocząć nim cały rdzeń ulegnie połączeniu, co nie wpływa pozytywnie na przebieg początkowych faz eksplozji. W praktyce reakcja jest opłacalna jedynie przy zastosowaniu wysoko wzbogaconych paliw rozszczepialnych. Kolejną wadą jest konieczność takiej konstrukcji "lufy" tego "działa", aby wytrzymała ona eksplozję klasycznych materiałów wybuchowych i doprowadziła wstrzeliwaną część rdzenia we właściwe miejsce. Lufa taka jest długa i ciężka, co sprawia, że jest niepraktyczna do celów wojskowych. ([15])

"Grubas" jest pomysłem zdecydowanie odmiennym od poprzedniego i polega na ściśnięciu mniejszej, podkrytycznej masy materiału rozszczepialnego do stanu, w którym następuje reakcja łańcuchowa. Kompresja ta odbywa się przy użyciu klasycznych materiałów wybuchowych rozłożonych wokół rdzenia. Ich detonacja powoduje powstanie fali uderzeniowej skierowanej ku wnętrzu, czyli tzw. fali implozyjnej. Dlatego inną nazwą bomby tego typu jest bomba implozyjna. Dla lepszego wywołania reakcji łańcuchowej często w centrum bomby umieszcza się materiał promieniotwórczy intensywnie generujący neutrony. Najczęściej jest to tzw. inicjator berylowo-polonowy. Zapadający się rdzeń (często w postaci kuli bez wnętrza, czyli sfery) zbliża się do inicjatora wychwytując emitowane z niego neutrony, które powodują pierwsze reakcje rozszczepienia. Dalej reakcja zachodzi lawinowo w zagęszczonym rdzeniu, przy czym beryl z inicjatora może zwiększyć liczbę neutronów emitując je nadal przy absorbcji fotonów gamma. Dodatkowe neutrony są odbijane z powrotem w kierunku rdzenia przez również skompresowany implozją reflektor otaczający ten układ.

Zaletą tego rozwiązania, oprócz stosunkowo małej ilości materiałów rozszczepialnych niezbędnych do eksplozji, jest fakt, że kompresja może odbywać się niekoniecznie we wszystkich kierunkach przestrzeni trójwymiarowej, ale np. tylko w jednej płaszczyznie lub wręcz wzdłuż jednej linii. Oczywiście wydajność kompresji wtedy maleje, ale dzięki temu można zredukować wymiary głowicy. Zazwyczaj ciśnienie podczas implozji osiągające ok. miliona atmosfer powoduje około dwukrotne zwiększenie gęstości materiałów rozszczepialnych. Pozwala to na przejście ze stanu masy podkrytycznej do blisko czterokrotnej masy krytycznej. Ponadto w ściśniętym rdzeniu neutrony szybciej natrafiają na jądra rozszczepialne (zmniejsza się średnia droga swobodna) i reakcja łańcuchowa zachodzi b. szybko. W ten sposób wyzwolona zostaje maksymalna ilość energii.

Oczywistą wadą tego rozwiązania jest konieczność bardzo dokładnego zaprojektowania układu klasycznych materiałów wybuchowych, które mają spowodować implozję. Muszą to ponadto być materiały bardzo dobre jakościowo, by ich spalanie zachodziło w sposób przewidywalny teoretycznie. Jednak na dzień dzisiejszy techniki produkcji bomb atomowych dawno ominęły próg tych problemów, zwłaszcza w związku z możliwością wykorzystania rosnących mocy obliczeniowych komputerów do symulacji eksplozji. ([15])

Koncepcja bomby termojądrowej (zwanej też wodorową, ang. "H-bomb") bazuje na wywoływaniu reakcji syntezy w paliwie termojądrowym pod wpływem warunków (głównie b. wysokiej temperatury) powstających podczas eksplozji bomb atomowych opartych na reakcjach rozszczepienia. Różnice pomiędzy poszczególnymi rozwiązaniami dotyczą głównie rozmieszczenia paliwa termojądrowego i jego postaci.

Pierwszymi próbami wzniecenia procesów syntezy jądrowej były tzw. bomby o wzmożonej sile wybuchu. Są to właściwie bomby implozyjne, w których centrum umieszczono kilka gramów mieszaniny deuteru i trytu. Reakcja syntezy produkuje dodatkową energię, ale także dodatkowe neutrony podnosząc wydajność eksplozji. W efekcie bomby o wzmożonej sile wybuchu mają energię eksplozji ok. 2 razy większą niż analogiczne do nich bomby jądrowe, które nie posiadają tego "dopalacza". ([15])

Choć powstały także inne koncepcje bomb termojądrowych, konfiguracja Tellera-Ulama ma z nich zdecydowanie najwięcej zalet i najlepiej wykorzystuje paliwo jądrowe. Teoretycznie pozwala ona na tworzenie bomb wielostopniowych z mocą eksplozji rosnącą niemal w nieskończoność, jednak w praktyce koszty rosną dużo szybciej. Nazwa pochodzi od nazwisk dwóch głównych twórców: Edwarda Tellera i Stanisława Ulama. Idea ta polega na umiejscowieniu w bezpośrednim sąsiedztwie bomby jądrowej pojemnika zawierającego paliwo fuzyjne z umieszczonym wewnątrz tzw. inicjatorem. Jest to pręt z materiału rozszczepialnego, czasem z dodatkiem mieszanki deuterowo-trytowej, czyli właściwie bomba atomowa, tyle że bez systemu detonacyjnego. Reakcje w niej są zapoczątkowane przez promieniowanie X emitowane z detonowanej obok bomby atomowej, nim ta rozniesie całość na strzępy. Zapłon inicjatora powoduje zapłon paliwa fuzyjnego, a całość otoczona jest oczywiście reflektorami neutronów, by zwiększyć wydajność reakcji. Proces ten jest bardziej skomplikowany, niż to wynika z powyższego opisu, a ponadto nie do końca opisany teoretycznie, jednak praktyczne działanie zostało osiągnięte. ([15])

W tej koncepcji, pierwotnie rozwiniętej przez Andrieja Sacharowa i Witalija Ginzburga, bomba była bombą implozyjną z dodaną warstwą paliwa fuzyjnego oraz jeszcze jedną warstwą reflektora. Radzieckie próby nad tego typu bronią wykazały, że przereagowuje maksymalnie 20% paliwa termojądrowego, co daje nawet 10-krotny przyrost energii eksplozji. Jednak całkowita energia eksplozji jest ograniczona i w efekcie konfiguracja Tellera-Ulama jest korzystniejsza, także z tego względu, że wraz ze zwiększaniem ładunku wymiary przekładańca rosną bardziej niż wymiary konfiguracji Tellera-Ulama. ([15])

W wyniku procesów syntezy wydzielają się ogromne ilości energii, większe niż w przypadku eksplozji głowic rozszczepialnych. Bomby, w których większy procent energii jest wydzielany w procesach fuzji, nazywa się bombami "czystymi", ponieważ synteza nie produkuje tylu radioaktywnych opadów co rozszczepienie. Są to zawsze głowice typu FF (od ang. "fission - fusion" - "rozszczepienie - synteza"), zwane też dwustopniowymi. Pierwszym stopniem jest tu bomba rozszczepieniowa, drugim - paliwo fuzyjne.

Procesy syntezy obfitują także w emisję energetycznych neutronów, co zaowocowało pomysłem wykorzystania ich jako inicjatora w dodatkowym, trzecim stopniu bomby, którym może być nawet tani niewzbogacony uran naturalny czy tor. Liczba i energia neutronów z syntezy wystarcza, aby wzbudzić w nim reakcje rozszczepienia na dużą skalę, które wyzwalają dodatkową energię. Jeśli zaś trzeci stopień zbudować z wzbogaconego uranu, siła wybuchu wzrośnie jeszcze bardziej. Bomby trzystopniowe są nazywane bombami FFF (od ang. "fission - fusion - fission" - "rozszczepienie - synteza - rozszczepienie") i nie są "czyste". Najczęściej wydzielona energia pochodzi w większości z reakcji rozszczepienia i w małym stopniu z reakcji syntezy, więc ilość promieniotwórczych produktów jest dużo większa niż w bombach typu FF. W większości bomb jądrowych przewidywane jest zastosowanie reflektora neutronów zrobionego właśnie z naturalnego uranu, co oznacza, że są one trójstopniowe. Możliwe jest uniknięcie dużego skażenia przez zastąpienie uranu nierozszczepialnymi wolframem czy ołowiem i wtedy jest to "czysta" bomba dwustopniowa.

Są bomby, w których specjalnie pozwala się neutronom uciekać nie wyzwalając dużych energii w rozszczepieniu. Takie bomby cechuje stosunkowo mała energia uwolniona w fali uderzeniowej i promieniowaniu cieplnym oraz gamma (ok. 20%), natomiast wysoka emisja neutronów, które mogą razić cele osłonięte nawet dość dobrymi osłonami. W przeważającej większości uwalniane neutrony pochodzą z reakcji fuzji. Ze względu na charakter oddziaływania neutronów z materią chodzi w tym przypadku w większości o cele w postaci organizmów żywych, w których neutrony niszczą DNA w komórkach. Także fotony gamma powstałe przy wyhamowywaniu neutronów na osłonach są szkodliwe dla tkanek organicznych. Więcej o działaniu promieniowania na organizmy żywe można znaleźć w dziale "Efekty". Ten typ broni niektórzy określają jako "humanitarny", gdyż zabija ona ludzi nie niszcząc maszyn, budowli, a także dóbr kultury i zabytków. Pojawia się tylko wątpliwość, czy jakąkolwiek broń można nazwać humanitarną, jeśli służy do zabijania. Bomby neutronowe (ang. "N-bomb") mają także drugie możliwe zastosowanie: sabotowanie eksplozji nieprzyjacielskich bomb nuklearnych, gdyż odkryto, że dodatkowe neutrony deaktywują część materiałów rozszczepialnych przedwcześnie lub mogą wpłynąć na przebieg samej eksplozji jądrowej osłabiając jej energię. ([5], [15])

Nazwa może być nieco myląca, gdyż działanie tej bomby niewiele ma wspólnego z solą. Jest to właściwie broń trójstopniowa, ale trzeci stopień jest zrobiony z pierwiatków, które po aktywacji dają izotopy radioaktywne o stosunkowo krótkim czasie połowicznego zaniku i (co za tym idzie) dużej aktywności. Takie działanie nakierowane jest na wywołanie maksymalnego skażenia radioaktywnego, gdyż aktywowane przez neutrony izotopy z trzeciego stopnia po eksplozji spadają na ziemię jako opad radioaktywny. Dla różnych oczekiwanych czasów skażenia stosuje się różne pierwiastki. Poniżej przedstawiono podstawowe używane w tego typu broni:
- kobalt (izotop ⁵⁹Co, aktywowany do ⁶⁰Co, czas półrozpadu 5,26 roku),
- złoto (izotop ¹⁹⁷Au, aktywowany do ¹⁹⁸Au, czas półrozpadu 2,697 dnia),
- tantal (izotop ¹⁸¹Ta, aktywowany do ¹⁸²Ta, czas półrozpadu 115 dni),
- cynk (izotop ⁶⁴Zn, aktywowany do ⁶⁵Zn, czas półrozpadu 244 dni).
Bomba kobaltowa jest bronią, która może spowodować zniknięcie życia na skażonym obszarze. Okres półrozpadu ⁶⁰Co jest na tyle długi, by uczynić nieprawdopodobnym przeczekanie okresu skażenia w schronieniu, a jego aktywność na tyle duża, by uczynić niebezpiecznym przebywanie na powierzchni. Całe szczęście do tej pory przeprowadzono na świecie tylko jedną próbę bomby kobaltowej, którą uznano za nieudaną. Wobec mocy bomb nuklearnych i termonuklearnych będących obecnie w uzbrojeniu armii mocarstw atomowych można uznać, że tego typu broń nigdy nie okaże się potrzebna nawet jako element wyścigu zbrojeń.