Цепная реакция деления ядер может идти только в очень чистом и, по возможности, очень сильно сжатом объёме делящегося вещества, состоящего из определённого изотопа определённой, так называемой критической массы. В промышленных масштабах можно получить всего три таких вещества: уран-235, уран-233 и плутоний-239. Эти вещества отличаются тем, что при попадании в их атом нейтрона они делятся с выделением кванта излучения (энергии) и 2-3 новых нейтронов, которые, в свою очередь, могут разбить соседние ядра. Ни в каких других веществах, кроме этих, самоподдерживающаяся цепная реакция невозможна. Более того, если просто сдвинуть куски вещества с суммарной массой более критической, то взрыва не произойдёт — куски страшно нагреются и просто разлетятся в стороны, или испарятся, превратившись в радиоактивную грязь.
Поэтому в ядерной бомбе критическую или чуть меньшую массу сжимают как можно сильнее с помощью выстрела из пушки или направленного взрыва обычной взрывчатки, а вокруг ставят толстый и тяжёлый контейнер, способный удержать сжатую массу в те доли микросекунды, когда идёт реакция. Как только сила действия энергии, накопившейся в центре взрыва, превышает прочность контейнера, содержимое бомбы начинает разлетаться и цепная реакция прекращается. Также реакция невозможна, если делящееся вещество не очень чистое — любые примеси поглотят нейтроны, вылетающие при делении, и не дадут им расколоть новые ядра.
В водородной бомбе реакция слияния атомов дейтерия и трития тоже происходит с выделением энергии и нейтронов, но она не цепная (не поддерживает сама себя). Зато с помощью таких нейтронов можно расколоть атомы некоторых изотопов, неспособных к цепной реакции, но достаточно тяжёлых и нестабильных, чтобы раскалываться с выделением энергии, например, урана-238. Но большинство атомов под действием нейтронного потока просто становятся на короткое время радиоактивными, а не раскалываются; поэтому цепная реакция в водороде, кислороде или азоте (самые распространённые вещества на планете) невозможна по определению.