由于爆炸原理不同，原子弹的威力远不如氢弹，理论上氢弹的核装药可以无限堆积，爆炸威力也就可以无限增加，但原子弹的核装药是有上限的，这就是所谓的临界值，限制了它的爆炸威力。
原子弹的爆炸原理是核裂变的链式反应，简单来讲就是一个极不稳定（一般都是带有放射性物质）的原子受到高速粒子撞击后，粉碎成小型原子，同时释放出巨大能量和更多的高速粒子，而高速例子又会去撞击其它的不稳定原子，由此反复循环就形成了链式反应。
通过分析可以直观感受到核裂变链式反应的缺点，那就是每一级核裂变都依赖上一级裂变产生的高速粒子，这就决定核装药不可能同时进行核裂变，也就无法在一瞬间将所有装药用于爆炸，而氢弹就不存在这样的问题。
而且，核裂变对核装药的要求还很高，专业一点来讲就是核装药有一个临界值，临界值究竟是怎么产生的在此不作细说，你就记住只有核装药达到一定质量才能发生链式反应，而且出于安全考虑，核装药的质量也不能太大，太大的话它就有可能自己发生核裂变，进而伤害到原子弹的持有者，比如某些铀235矿石富集的地区，会自发地发生核裂变，在南非就出现过这种情况。
（原子受撞击裂变示意图）
临界值限制了原子弹的装药量，这让原子弹威力不可能做得太大，因为装药太多的话，原子弹在存放期间就有发生爆炸的可能。
这个临界值有多大呢？根据核装药体积、形状和材料的不同，临界值并不完全一样，如果是被加工成半球状的金属铀，那么半球状的核装药铀235就不能超过52千克，超过52千克它就极不安全，很明显这种原子弹的核装药只能达到100多千克，这就是原子弹的威力上限。单个的铀235半球不超过临界值因此很安全，当两个半球结合时核装药远远超过临界值，就更容易触发核裂变，也就能在炸药爆炸产生的高温高压环境下发生链式反应。
当然了，影响临界值的因素有很多，各国研究人员都在想方设法人为干预临界值，比如通过压缩铀235的体积，让其内部的原子核更加致密，这样就极大地降低了临界值，可以让原子弹更加小型化；同理，也可以通过改变核装药的密度，增大临界值，进而增加核装药、增加爆炸威力。
此外，上文已经分析，每一级核裂变都依赖上一级裂变产生的高速粒子，所有核装药不可能同时进行核裂变，当剩余的核装药达不到临界值时，链式反应就会停止，这导致有大量的核装药不参与爆炸；而且，原子弹的结构一般是枪式、内爆式两种，核装药在平时是分散安装的，在引爆之后会被挤压在一起进行链式反应，但同样会有相当大部分的核装药不参与裂变反应。
（化学炸药产生的压力将两个半球挤压到一起，但裂变产生的爆炸又会将半球推开，因此材料不可能全部参与反应）
一般认为，美国在1955年制造的MK-18助爆式原子弹，核装药和结构已经被优化到极限，威力也就到达了最上限，大约50万吨TNT炸药的爆炸当量，这个当量也被认为是原子弹的威力极限。
一言以蔽之，原子弹最大的问题就是核装药利用不彻底，美国在日本投放的2颗原子弹，最多也只有20%的核装药参与了爆炸，剩余的部分都扩散到了大气环境当中，这种现象又会影响到原子弹的爆炸威力。
但是，氢弹就不必考虑这个临界值的限制，核装药利用得也更彻底。氢弹爆炸原理是利用原子弹产生的高温高压，去触发氘、氚的核聚变，理论上氘、氚是可以无限堆积的，其威力就没有上线。苏联当初开发的氢弹“大伊万”，原本爆炸当量被设计成1亿吨TNT炸药，但由于地球上没有试验场地而被改成了5000万吨。
有人曾做过推算，将地球上所有的氘、氚等聚变材料集中到一起，可以炸毁某个行星！美国人在冷战时期曾设想用氢弹炸毁月球，以震慑苏联！虽然最终没有实施，但却说明氢弹没有威力上限。