برای انجام عمل پیوند باید هسته دو اتم به شدت به یکدیگر برخورد نموده، تا با هم پیوند خورده و در هم ذوب شوند. اما دافعه الکترواستاتیکی بین دو هسته، مانع بزرگی در این راه محسوب می‌شود و در فواصل بی‌نهایت نزدیک این دافعه فوق‌العاده زیاد است. بنابراین بایستی به هسته‌ها آنقدر سرعت داد که از این مانع عبور نمایند. می‌دانیم که سرعت ذرات در هر گازی بستگی به درجه حرارت آن گاز دارد. پس کافی است درجه حرارت را آنقدر بالا ببریم تا سرعت لازم برای عبور از این مانع بدست آید. درجه حرارت لازم برای این کار چندین میلیون درجه سانتیگراد است و چنین حرارتی در کره زمین وجود ندارد. اما اگر یک بمب اتمی در وسط توده‌ای از هسته‌های سبک منفجر شود، حرارت فوق‌العاده‌ای که از انفجار بمب حاصل می‌شود، حرارت هسته‌های سبک را به قدری بالا می‌برد که پیوند آنها را امکانپذیر سازد. این موضوع اساس ساختمان بمب حرارتی و هسته‌ای (ترمونوکلئور) می‌باشد.

همانطوری که در کبریت عادی برای آتش گرفتن ابتدا گوگرد موجود در آن بر اثر مالش محترق می‌شود و آنگاه باروت را روشن می‌سازد، در بمب‌های حرارتی و هسته‌ای نیز ابتدا یک بمب اتمی معمولی منفجر می‌شود و در نتیجه انفجار توده‌ای از اجسام سبک را به حرارت فوق‌العاده‌ای می‌رساند، بطوری که هسته‌های آنها به هم می‌پیوندند و آنگاه انفجار مهیب‌تری انجام می‌گیرد.

بعد از انفجار یک بمب اتمی معمولی، عمل سرد شدن به سرعت انجام می‌گیرد. بنابراین، باید فعل و انفعالاتی را در نظر گرفت که در آنها عمل پیوند به سرعت انجام گیرد. اگر یک بمب اتمی را در مخلوطی از دوتریوم و تریتیوم محصور کرده و مجموعه را در یک محفظه با مقاومت مکانیکی زیاد قرار دهیم، پس ازانفجار بمب اتمی محیط مساعدی برای یک فعل و انفعال ترمونوکلئور (فعل و انفعال هسته‌ای گرمازا) به‌وجود می‌آید و در اثر آن عمل پیوند هسته‌ها انجام شده و هلیوم بوجود می‌آید.

در نتیجه این فعل و انفعال، حدود هفده میلیون الکترون ولت، انرژی آزاد می‌شود. این میزان انرژِی نسبت به واحد وزن ماده قابل انفجار، در حدود چهار برابر انرژی است که از شکسته شدن اورانیوم حاصل می‌شود. به عبارت دیگر در موقع پیوند هسته‌های دوتریم و تریتیوم، انرژی بیشتر بر واحد جرم نسبت به شکافته شدن هسته‌های اورانیوم رها می‌شود.

عملیات بمباران اتمی هیروشیما در تاریخ دوشنبه، ساعت ۸:۱۵ صبح روز ۶ اوت ۱۹۴۵ به وقت محلی در این شهر انجام گرفت. بمب اتمی اول به نام پسر کوچک توسط یک هواپیمای بمب افکن به نام Enola Gay بر روی هیروشیما انداخته شد. برای تاثیر تخریبی بیشتر، بمب به نحوی تنظیم شده بود که ۵۷۶ متر بالای سطح زمین منفجر شود. انرژی تولید شده توسط این بمب برابر بود با انرژی حاصل از ۱۵ کیلوتن TNT. فعل و انفعالات اتمی در مرکز این بمب باعث گرمائی حدود چندین میلیون درجه سانتیگراد شد. این گرمای عظیم هر چیزی را تا شعاع یک و نیم کیلومتری مرکز اصابت بمب بطور کلی ذوب نمود. مردمی که از دور دست انفجار «پسر کوچک» را در آسمان هیروشیما مشاهده کردند می‌گفتند که خورشید دیگری را در آسمان دیده‌اند.

دو روز پس از بمباران هیروشیما و بر خلاف انتظار و میل آمریکا، دولت شوروی به امپراتوری ژاپن اعلان جنگ داد و نیروهای ارتش سرخ شوروی به مواضع ژاپن در منچوری یورش بردند. ورود شوروی به جبهه جنگ اقیانوس آرام باعث شد که دولت آمریکا مصمم شود هرچه سریعتر جنگ را به نفع خود و بدون مشارکت شوروی خاتمه دهد. در این راستا استفاده بیشتر از سلاح هسته‌ای ساده‌ترین راه فشار بر ژاپن بود، و نیروهای مسلح آمریکا برای استفاده مجدد از بمب هسته‌ای نیازی به مجوز جدید دولت نداشتند؛ زیرا مجوزی که ترومن برای حمله اتمی صادر کرده بود اجازه استفاده از بمب‌های جدید را می‌داد.

بر اساس اطلاعات هواشناسی نیروی هوایی آمریکا، بازهٔ زمانی مساعد برای حمله دوم به ژاپن سه روز پس از حمله اول پدیدار می‌شد، و باید از این بازه حداکثر استفاده به عمل می‌آمد. هدف بعدی برای بمباران هسته‌ای، شهر کوکورا بود که صنایع گسترده نظامی و اسلحه‌سازی در آن وجود داشت. در ابتدای ماموریت بر اساس گزارش هواشناسی، دید مناسبی برای هدفگیری بر فراز کوکورا وجود داشت. اما وقتی هواپیمای بمب‌افکن به حدود منطقه مورد نظر رسید، تمام آسمان شهر با دود و غبار پوشیده شده بود و امکان پیدا کردن هدف را از میان برده بود. علاوه بر دید کم، پدافند هوایی و ظاهر شدن هواپیماهای شکاری ژاپن مساله را کمی بغرنج کرده بود. پس از صرف نظر از بمباران منطقه کوکورا، بمب‌افکن آمریکایی فقط سوخت کافی برای بازگشت به پایگاه هوایی در اوکیناوا داشت. فرمانده عملیات تصمیم گرفت که بجای رها کردن بمب اتمی در دریا و یا بازگرداندن آن به پایگاه، بهتر است آن را بر روی ناگازاکی بیندازند که در مسیر بازگشت بمب‌افکن به پایگاه هوایی در اوکیناوا قرار داشت و یکی از اهداف کم‌اهمیت‌تر آمریکا در ژاپن محسوب می‌شد.

آسیب‌های وارده به هیروشیما به مراتب بیشتر از ناگازاکی بوده است چرا که هیروشیما شهری صاف بوده و تشعشعات هسته‌ای تمام شهر را در نوردید ولی ناگازاکی حالتی داشت که شهر در میان دو دره تقسیم شده بود و نصف شهر در یک دره و نصف دیگر در دره مجاور قرار داشت و با رهاسازی بمب هسته‌ای در یکی از دره‌ها بخش دیگر شهر که در دره دیگر قرار داشت به مراتب آسیب کمتری دید.

به یکی از خطرناک‌ترین نقاط جهان در جنوب غرب آمریکا، یعنی جایی که در آن نزدیک به 928 آزمایش اتمی انجام شده است خوش آمدید. در این مکان بیش از هر نقطه دیگری از جهان آزمایشات اتمی صورت گرفته است. برای مدتها بسیاری از توریست‌ها به این مکان سفر می‌کردند تا بتوانند شاهد انجام آزمایشات اتمی باشند. این آزمایشات باعث شده است تا میزان افراد مبتلا به سرطان و همچین میزان تولد کودکان ناقص‌الخلقه در این منطقه زیاد باشد و همچنین باید گفت که این نقطه پس از چرنوبیل در اوکراین دومین مکان آلوده به تشعشعات رادیواکتیو در جهان است.