三相弹根据爱因斯坦相对论质能公式可以算出，聚变中每个氘核放出7.2百万电子伏特的能量。氘核中有2个核子，平均每个核子放出3.6百万电子伏特的能量。而一个铀核（铀235）裂变时放出的能量大约为200百万电子伏特，但铀核中共有235个核子，平均每个核子放出0.85百万电子伏特的能量。这就是说，单位质量的氘聚变所放出的能量是单位质量铀裂变所放出能量的4倍，聚变比裂变可以提供更多的能量。因此，三相弹的威力比原子弹更大。
1952年11月1日美国试验的第一颗三相弹就是利用氘氚聚变反应制成的，其爆炸力相当于1000万吨梯恩梯炸药。这颗三相弹的威力虽比投在广岛的那颗原子弹大700倍，但它并不构成军事威胁，无实战价值，因为它的体积比载重汽车还大，重达65吨，根本无法用飞机或导弹运载。这颗三相弹如此庞大的主要原因是：为了在极短的时间（百万分之几秒）内有足够多的轻核燃料参加聚变反应，必须增大物质的密度，即增大原子核相互碰撞的机会、缩小原子核之间的距离。为此要把氘氚变成摄氏零下200多度的液体，因而装置了笨重的冷藏设备。
把轻核聚变释放的巨大能量真正用于军事领域。这既是军事家们的需要，也为物理学家们提供了研究课题。经过人们的努力探求，终于用固态的氘化锂取代液态的氘和氚作热核装料。氘化锂是氘和锂的化合物。锂核受中子轰击进行核反应生成氚和氦：生成的氚又与氘化锂中的氘起聚变反应放出巨大能量该反应生成的中子又与锂核反应生成氚。以上两个反应互相结合，反应所消耗的氚从锂核的分裂反应中获得，而锂的分裂反应所需的中子可由氘氚反应提供。如此反复循环，在极短时间内即引起爆炸。这种改进后的三相弹无需冷却设备，因而体积小，重量轻、便于运输、成本低。从此，氢弹有了实战价值。
轻核聚变放出的能量比重核裂变多，但是轻核聚变的条件是相当苛刻的。因为原子核都带正电，它们之间总有电性排斥力存在。为了使它们克服这种排斥力而结合起来，必须使它们以极高的速度运动、相互碰撞。提高原子核运动速度的最简单方法就是把核聚变材料的温度升到足够高。据计算，若使聚变反应时氘核的平均速度为每秒300公里，所需的温度至少在1000万度以上。因此氢核聚变也称热核反应。热核反应所要求的这种超高温在自然界中只存在于太阳和恒星内部，在氢弹中必须人为地制造这种超高温条件。为此，人们利用核裂变产生的热量来提高温度。
例如，第一颗三相弹就是首先使雷管引爆普通炸药，将分开着的核装药（铀或钚）迅速压拢而产生裂变反应，裂变反应产生了超高温，使氘和氚的核外电子被剥离，成为一团内裸原子核和自由电子组成的气体。氘核和氚核以每秒几百公里的速度互相碰撞，剧烈地进行合成氦核的反应，放出大量的能量，完成三相弹的爆炸过程。
三相弹用固体氘化锂作为热核材料的氢弹也是首先引爆原子弹，使重核裂变产生核聚变所需的超高温，并生成大量的中子以轰击锂。由此可见，氢弹是在原子弹的基础上，由裂变反应放出热量导致聚变反应，进而释放出更多的能量。所以，在物理学上又将氢弹称为双相弹。
为了进一步扩大氢弹的威力、人们考虑到氘氚聚变反应时不仅放出巨大的能量，而且产生速度达每秒5万公里的快速中子，不妨再利用这些快速中子轰击铀，使铀核裂变。因此，人们在热核材料外面加了一层铀238制成的外壳，让聚变反应中产生的快速中子轰击铀238的原子核，使其又发生裂变并放出大量能量，从而制成了威力更大的氢铀弹。这种由裂变引起聚变，又发生裂变的氢铀弹称为三相弹。一般来说，三相弹的爆炸威力是裂变和聚变各占一半。由于不存在使铀238发生自持链式反应的临界状态问题，所以铀238做成的壳可以很厚，裂变放出的能量可占总能量的80％。采用这种结构的核武器，不仅威力大，而且铀238是分离铀235后的剩余产物，价格低廉。
从理论上讲，热核武器的威力是没有限制的。因为热核材料不受临界质量的限制。从实际上讲，热核武器的威力可以做得相当大（几十万吨、几百万吨梯恩梯当量）、然而，威力越大的热核武器造成的核污染也越严重，尤其是氢铀弹。为此，人们作了改进，利用聚变反应制成了中子弹。