L'isotope stable de l'hydrogène utilisé dans la bombe thermonucléaire est le deutérium. Le deutérium est un isotope de l'hydrogène qui possède un proton et un neutron dans son noyau, tandis que l'isotope le plus courant de l'hydrogène, le protium, ne possède qu'un seul proton. Le deutérium est utilisé dans les bombes thermonucléaires car il peut fusionner avec d’autres isotopes de l’hydrogène, comme le tritium, pour libérer de grandes quantités d’énergie. Cette réaction de fusion est le même processus qui alimente le soleil et les étoiles.

Le deutérium est également un composant important du déclencheur de la bombe à hydrogène, qui est une petite bombe nucléaire à fission utilisée pour démarrer la réaction thermonucléaire. Le déclencheur est constitué d'uranium ou de plutonium et, lorsqu'il explose, il libère des neutrons qui sont ensuite absorbés par les atomes de deutérium et de tritium contenus dans le combustible thermonucléaire. Cette réaction provoque la fusion des atomes de deutérium et de tritium, libérant de grandes quantités d’énergie et créant l’explosion thermonucléaire.

Le deutérium est un isotope relativement courant de l’hydrogène et il peut être extrait de l’eau. Cependant, le processus d’extraction du deutérium de l’eau est coûteux et prend du temps, c’est pourquoi le deutérium est un matériau précieux et stratégique.