Den stabila isotopen av väte som används i den termonukleära bomben är deuterium. Deuterium är en isotop av väte som har en proton och en neutron i sin kärna, medan den vanligare isotopen av väte, protium, bara har en proton. Deuterium används i termonukleära bomber eftersom det kan smälta samman med andra isotoper av väte, som tritium, för att frigöra stora mängder energi. Denna fusionsreaktion är samma process som driver solen och stjärnorna.

Deuterium är också en viktig komponent i vätebombens avtryckare, som är en liten kärnklyvningsbomb som används för att starta den termonukleära reaktionen. Avtryckaren är gjord av uran eller plutonium och när den detoneras frigörs neutroner som sedan absorberas av deuterium- och tritiumatomerna i det termonukleära bränslet. Denna reaktion får deuterium- och tritiumatomerna att smälta samman, vilket frigör stora mängder energi och skapar den termonukleära explosionen.

Deuterium är en relativt vanlig isotop av väte, och den kan utvinnas ur vatten. Processen att utvinna deuterium ur vatten är dock dyr och tidskrävande, varför deuterium är ett värdefullt och strategiskt material.