对于第四代核武器，目前已知的是，中、美、法、英、俄等五大核武器大国都正在研究中，如美国费米实验室、美国国家点火工程、欧洲核子中心以及俄罗斯的高能物理研究所等都在为新型核武器进行理论铺垫，目前已知的各国正在研制的第四代核武器主要当量可调弹头、“合二为一”弹头、干净的聚变弹、反物质弹、粒子束武器、激光引爆的炸弹、核同质异能素武器等。
其中比较主要的且容易实现的是第四代核武器有三种：金属氢武器、核同质异能素和以氦-3为基础的新型核聚变弹。外国媒体普遍猜测，中国的第四代核武器研制可能倾向于上述三种形式，因为中国已经具备上述三种武器研制的科研技术条件。
核试验后升起的蘑菇云
金属氢武器，是将氢气在一定压力下转化为固态结晶体，然后使其爆炸，其威力相当于目前威力最大的化学爆炸物。 核同质异能素，同质异能素是指质量数和原子序数相同，在可测量时间内具有不同能量和放射性的两个或多个核素，其爆炸能量比高能炸药高100万倍。
由于以氦-3为基础的新型核聚变弹不使用原子弹爆炸的能量作为核聚变的反应条件，因而不产生剩余核辐射，几乎可作为“常规武器”使用。而英美两国似乎也热衷于核武器小型化的研究，这使得世界变得更为“危险”。
2015年，日本网站突然刊文称，“许多国家都在悄悄的为第四代核武器寻找氦-3材料，得到这种无放射性沉降物的材料将成为世界新的霸主，而中国在这场竞争中，获得了胜利”。
