第一代核武器——用铀或钚制造的原子弹。制造技术已广为人知，无需进行核试验就可研制成功，这种武器的扩散已成为当今世界的主要威胁。
第二代核武器———热核武器，即氢弹。研制氢弹需要进行广泛的核试验，经过50年发展，制造技术已经成熟，不大可能再取得突破性进展。
第三代核武器———指效应经过“剪裁”或增强的核弹。研制这类核武器需要进行核试验，受到全面禁止核试验条约的限制。
第四代核武器———以原子武器的原理为基础，所用的关键研究设施是惯性约束聚变装置，其发展不受全面禁止核试验条约的限制。在军事上，由于第四代核武器不产生剩余核辐射，可作为“常规武器”使用。这种核武器包括：干净的聚变弹、反物质弹、粒子束武器、激光引爆的炸弹、原子核的同质异能素武器等。
美、法、俄等国目前正在研究的三种第四代核武器为：
金属氢武器金属氢在一定压力下可转化为固体结晶体，在室温下无需密封就可保持很长时间，其爆炸威力相当于相同质量TNT炸药的25—35倍，已被列为美国国家点火设施科学计划的研究项目。
核同质异能素武器核同质异能素的能量量级约为2GJ/g，比高能炸药大100万倍，核同质异能素的核裂反应能量更大，高达80GJ/g。目前国外一些研究所正在系统研究核同质异能素的性质和释放能量的方法，美国和法国的有关研究机构正在进行研究，通过重离子碰撞或惯性约束聚变中微爆炸产生的`中子脉冲进行核合成，可得到核同质异能素。像金属氢一样，核同质异能素武器身兼两任，可在常规武器和核武器领域双栖，既能当“常规武器”，也可作为“干净”氢弹的扳机。
反物质武器反物质的研究始于20世纪40年代后期，但进展缓慢。1986年，人类首次捕获到反质子，2002年较大批量地制造出了反氢原子。反物质与正物质相遇时，会在瞬间湮灭，释放出巨大能量，足以压缩钚或铀丸产生链式反应。只需几微克反物质，就可用作热核爆炸的扳机，或者激发出极强的X射线或Y射线。反物质在军事上有多种潜在用途，是目前正在研制的第四代核武器中最重要的一种，美国费米实验室、欧洲核子中心以及俄罗斯的高能物理研究所，都在进行反物质的生产和研究。
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