Chạy đua hạt nhân
Giai đoạn ban đầu của Chiến tranh Lạnh > Phát triển đầu đạn

Trong những năm ngay sau Chiến tranh thế giới thứ hai, Hoa Kỳ đã độc quyền về kiến thức cụ thể và nguyên liệu thô sản xuất vũ khí hạt nhân. Các nhà lãnh đạo Mỹ hy vọng rằng quyền sở hữu độc quyền đối với vũ khí hạt nhân của họ sẽ đủ để có được những nhượng bộ từ Liên Xô nhưng điều này tỏ ra không hiệu quả.
Chỉ sáu tháng sau Đại hội đồng Liên Hợp Quốc, Hoa Kỳ đã tiến hành các vụ thử hạt nhân sau chiến tranh đầu tiên. Điều này được gọi là Chiến dịch Ngã tư. Mục đích của hoạt động này là để kiểm tra tính hiệu quả của một vụ nổ hạt nhân trên tàu. Các thử nghiệm hạt nhân này đã được thực hiện tại Đảo san hô Bikini ở Thái Bình Dương trên 95 tàu, bao gồm cả các tàu Đức và Nhật Bản đã bị bắt giữ trong Thế chiến II. Một loại bom nổ plutoni đã được kích nổ trên hạm đội, trong khi một quả bom khác được kích nổ dưới nước.
Đằng sau hậu trường, chính phủ Liên Xô cũng đang nghiên cứu chế tạo vũ khí nguyên tử của riêng mình. Trong chiến tranh, những nỗ lực của Liên Xô đã bị hạn chế do thiếu urani nhưng nguồn cung mới ở Đông Âu đã được tìm thấy và cung cấp nguồn cung cấp urani ổn định trong khi Liên Xô phát triển nguồn cung trong nước. Trong khi các chuyên gia Mỹ dự đoán rằng Liên Xô sẽ không có vũ khí hạt nhân cho đến giữa những năm 1950, quả bom đầu tiên của Liên Xô đã được kích nổ vào ngày 29 tháng 8 năm 1949, gây chấn động toàn thế giới. Quả bom, được đặt tên là " Tia sét đầu tiên " của phương Tây, ít nhiều là bản sao của "Fat Man", một trong những quả bom mà Hoa Kỳ đã thả xuống Nhật Bản vào năm 1945.
Cả hai chính phủ đã chi số tiền khổng lồ để tăng chất lượng và số lượng kho vũ khí hạt nhân của họ. Cả hai quốc gia nhanh chóng bắt đầu phát triển một quả bom hydro và Hoa Kỳ đã kích nổ quả bom hydro đầu tiên vào ngày 1 tháng 11 năm 1952, trên Enewetak, một đảo san hô ở Thái Bình Dương. Có tên mã là "Ivy Mike", dự án được Edward Teller, nhà vật lý hạt nhân người Mỹ gốc Hungary, dẫn dắt. Vụ nổ tạo ra một đám mây 100 dặm rộng và cao 25 dặm, giết chết tất cả sự sống trên các hòn đảo lân cận. Một lần nữa, Liên Xô đã làm cả thế giới ngạc nhiên khi phát nổ một thiết bị nhiệt hạch có thể triển khai vào tháng 8 năm 1953 mặc dù nó không phải là một quả bom hydro nhiều tầng thực sự. Tuy nhiên, nó đủ nhỏ để thả từ máy bay, khiến nó sẵn sàng để sử dụng. Sự phát triển của hai quả bom Liên Xô này được hỗ trợ rất nhiều bởi các điệp viên Harry Gold và Klaus Fuchs làm việc cho người Nga.
Vào ngày 1 tháng 3 năm 1954, Hoa Kỳ đã tiến hành thử nghiệm Castle Bravo, thử nghiệm một quả bom hydro khác trên đảo san hô Bikini. Các nhà khoa học đã đánh giá thấp đáng kể kích thước của quả bom, nghĩ rằng nó sẽ tạo ra ảnh hưởng 5 megatons. Tuy nhiên, nó tạo ra 14,8 megaton, đó là vụ nổ hạt nhân lớn nhất được Mỹ thử nghiệm. Vụ nổ lớn đến nỗi bụi phóng xạ hạt nhân đã ảnh hưởng đến người dân ở cách đó đến 300 dặm với một lượng đáng kể của bức xạ. Cuối cùng họ đã được sơ tán, nhưng hầu hết trong số họ trải qua sự ngộ độc bức xạ và dẫn đến một cái chết từ một thành viên phi hành đoàn của một tàu đánh cá có khoảng cách 90 dặm từ vụ nổ.
Liên Xô đã kích nổ quả bom hydro "thật sự" đầu tiên vào ngày 22 tháng 11 năm 1955, với năng suất 1,6 megatons. Vào ngày 30 tháng 10 năm 1961, Liên Xô đã kích nổ một quả bom hydro với năng suất xấp xỉ 58 megatons.