水素爆弾（すいそばくだん）は、核兵器の一種で、核融合反応を利用した爆弾である。水爆とも呼ばれる。
原子爆弾を起爆装置として用い、この核分裂反応で発生する放射線と超高温、超高圧を利用して、水素の同位体の重水素や三重水素（トリチウム）の核融合反応を誘発し莫大なエネルギーを放出させる。高温による核融合反応（熱核反応）を起こすことから「熱核爆弾」や「熱核兵器」とも呼ばれる。一般に核出力は原爆をはるかに上回る。なお、中性子爆弾や3F爆弾も水爆の一形態である。
第二次世界大戦後から現在に至る原爆開発競争に参加した国の中でも、水素爆弾を兵器として実用化したのはアメリカ合衆国と旧ソビエト連邦（ロシア）、イギリス、中華人民共和国、フランスのみである。
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第二次世界大戦末期のマンハッタン計画後、アメリカ合衆国でエドワード・テラー、スタニスラフ・ウラムらによって開発が進められ、1952年11月1日、エニウェトク環礁で人類初の水爆実験、アイビー作戦 (Operation Ivy) が実施された。この作戦でアメリカはマイク (Mike) というコードネームで呼ばれる水爆の爆発実験に成功した。マイクの核出力は10.4メガトン[1]であったが、本来は気体である重水素や三重水素を零下二百数十度に冷却液化しなければならないため、そうした大規模な装置類の付属により、マイクの重量は65トンに及び、実用兵器には程遠いものであった（気体のままでは密度が低く、核融合反応が起きない）。
ところが、翌1953年、ソビエト連邦が重水素などの熱核材料をリチウムと化合させて重水素化リチウム(固体)として用いた水爆の実験(RDS-6)に成功した（実際には水爆ではなかったといわれている）。この型では大掛かりな付属装置が不要なため水爆を小型軽量化できた。その後アメリカも熱核材料をリチウムで固体化した水爆を完成。1954年、キャッスル作戦 (Operation Castle) が実施された。作戦の一つ、ブラボー (Bravo) 実験の成功により大幅な小型化に成功した。
更に米ソ両国で核実験が続けられ1955年から1956年には爆撃機にも搭載可能になり核兵器における威力対重量比が格段に増大する結果となった。いわゆるメガトン級核兵器の登場である。