在美國，從1942年起，就產生了用原子彈引爆氫彈的設想，並打算製造威力更大的氫彈。由於支持研製氫彈和反對研製氫彈的意見長期激烈爭論，一直相持不下，直到 1950 年 1 月31日，美國總統杜魯門才最後決定研製氫彈。當時，他采納了國家安全委員會氫彈特別小組委員會決定研製氫彈的報告。這個報告是長期爭論和最後表決的結果，氫彈特別小組委員會在投票表決時，國務卿艾奇遜和國防部長史汀生讚成，美國原子能委員會主席季兼達爾反對，結果是2比1通過。季兼達爾也因此不再擔任原子能委員會主席，由狄恩接替他的職位。
氫彈爆炸過程示意圖
美國氫彈的研製工作由新上任的原子能委員會主席狄恩和美籍匈牙利科學家泰勒負責，
狄恩負責組織管理和物資保障等工作，研製生產的技術工作由泰勒主管。美國為了研製氫彈，在薩灣拉河岸邊建立了一個巨大的核反應堆，以生產氫燃料氚和引爆燃料鈈，這個計劃稱為“薩灣拉河計劃”。
1951年5月8日，氫彈原理試驗準備工作一切就緒，這次試驗的代號為“喬治”，在太平洋的一個島上進行。65 噸重的裂變－聚變裝置放在 60 多米高的鋼架上，由笨重的冷卻係統機器包著，以便在極端低溫條件下保存氘與氚的混合物成密度較大的液體狀態。試驗結果證明，氫彈的爆炸威力大大超過原子彈（核裂變炸彈）。
氫彈爆炸原理試驗成功，大大推進了製造真正氫彈的工作。
1952年10月，美國第一顆氫彈研製成功，並於1952年11月1日進行了世界上第一顆氫彈的爆炸試驗，這顆氫彈起名為“麥克”。試驗在太平洋馬紹爾群島的一個小珊瑚島上進行，氫彈還是安放在鋼架上。試驗成功了，而所有不祥的預言也都應驗了：其爆炸威力相當於1000萬～1500萬噸TNT炸藥，比美國投在日本廣島那顆原子彈大500倍；爆炸產生的巨大火球直徑達6000米；這次爆炸把這個小珊瑚島一掃而光，而且在海下炸出一個直徑1600米，深50米的彈坑。
前蘇聯也不甘落後，1953年8月12日，成功地進行了熱核爆炸，這顆氫彈重量不大，可以用飛機運載，其戰略意義是相當大的。前蘇聯首先用氘化鋰等氫核燃料做成幹的氫彈（不再需龐大的製冷機械保持氘和氚為液態），這在美蘇核武器競賽中，顯然處於優勢地位。
1961年10月30日，前蘇聯在新地島進行了世界上最大的氫彈試驗，其爆炸威力相當於6000萬噸TNT炸藥。這顆氫彈爆炸後，產生的衝擊波繞地球轉了3圈，頭一圈的時間是6．5小時。
在這次試驗之後，前蘇聯聲稱已經能夠生產1億噸級的氫彈，用這樣一顆氫彈投到那裏，那裏都能夠炸出一個直徑30公裏的彈坑，使方圓60公裏之內頓時形成一片火海。膽小的人聽了這些話恐怕會嚇壞了。
氫彈的構造中國自1964年10月16日爆炸第一顆原子彈成功以後，氫彈研製工作也加快了，1967年6月17日，成功地爆炸了第一顆氫彈，巨大的蘑菇雲又一次衝消了美蘇兩國核壟斷的幻夢。
難道熱核反應放出如此巨大的能量，隻能用來製造毀滅性的武器嗎？可不可以用於和平目的呢？
這個問題很簡單，但是解決起來並非容易。氫彈爆炸所發生的聚變反應是由原子彈爆炸產生高溫引起的，是不受控製的鏈式反應。要想用在其他場合，就必須使氫原子核的聚變反應受適當的控製，這是使科學家們感到很棘手的問題。
早在20世紀50年代初研製氫彈的同時，許多國家的科學家就著手研究受控熱核反應。
要想使氫發生核聚變，必須使核與電子分開，形成等離子體。但是，由於當時對產生聚變反應的高溫等離子體認識的不深入，使受控熱核聚變研究遇到很大的阻力，甚至一度認為是不可克服的困難。因此，到50年代末期，受控熱核反應研究相對來說比較消沉，主要是尋找基本理論根據和物理實驗研究工作。
托卡馬克（環流器）的
原理示意圖經過 10 餘年的努力，科學家們在約束時間的研究工作中有了不小的進展。1969年，前蘇聯使用托卡馬克三號（環流器）裝置，把密度隻有空氣百萬分之一的氘在幾千萬度的高溫下保持了0．01秒。別看這個時間很短，但對核聚變反應來說，已經是相當長了。