• Armas de fissão puras foram as primeiras armas nucleares construídas e foram as únicas, até ao momento, a serem usadas em tempo de guerra. O material activo é urânio (U-235) ou plutónio (Pu-239), montado explosivamente numa massa crítica de reacção em cadeia por um de dois métodos:
  • Montagem balística, na qual uma massa de urânio físsil é disparada contra um alvo de urânio (também físsil) no extremo da arma, similar ao disparo de uma bala pelo cano de uma arma (plutónio pode ser, teoricamente, usado neste desenho; no entanto, provou-se ser impraticável).
  • Montagem implosiva, na qual uma massa físsil de um dos materiais referidos (U-235, Pu-239, ou uma combinação de ambos) é rodeada por uma carga explosiva modelada que comprime a massa, resultando em criticidade.
• Arma de fissão intensificada constitui um melhoramento do desenho implosivo. O ambiente de altas pressões e temperaturas no centro da explosão de uma bomba de fissão comprime e aquece uma mistura de gases de trítio e deutério (isótopos pesados de hidrogénio). O hidrogénio funde-se, formando hélio e neutrões livres. A energia libertada pelas reacções de fusão é relativamente negligenciável, mas cada neutrão libertado inicia, por sua vez, uma nova reacção de fusão em cadeia, reduzindo substancialmente a quantidade de material físsil que, de outra forma, seria gasto. Este mecanismo de intensificação pode representar uma duplicação da energia libertada por fissão.
• Armas termonucleares bifásicas são, essencialmente, uma cadeia de armas de fissão intensificada, normalmente com apenas duas fases na referida cadeia. A segunda fase, denominada "secundário", é implodida por energia de raios X a partir da primeira fase, denominada "primário". Esta implosão por radiação é muito mais eficaz que a implosão do primário, de alta potência. Consequentemente, o secundário pode ser várias vezes mais potente do que primário sem, no entanto, ser maior. O secundário pode ser desenhada para maximizar a libertação de energia de fusão mas, na maioria dos desenhos, é apenas utilizada para conduzir ou melhorar a fissão, como no caso do primário. Mais fases podem ser adicionadas, embora o resultado seja uma arma de megatoneladas, potente demais para ser utilizada.

Armas de fissão puras constituíram, historicamente, o primeiro tipo a ser construído por uma nação. Países com elevados níveis de industrialização e com arsenais nucleares desenvolvidos, possuem armas termonucleares bifásicas, as quais são as mais compactas, escaláveis e com melhor relação resultado/preço, assim que esteja disponível a infraestrutura industrial necessária para as construir.