Une valeur « classique » de l'énergie dégagée par l'explosion d'une bombe à fission est d'environ 14 kt de TNT (soit 14 000 tonnes ), une tonne de TNT développant 109 calories, soit 4,184×109 joules. De par leur conception, la valeur maximale ne dépasse guère 700 kt.
En comparaison, les bombes H seraient typiquement au moins 1 000 fois plus puissantes que Little Boy, la bombe à fission larguée en 1945 sur Hiroshima. Par exemple, Ivy Mike, la première bombe à fusion américaine, a dégagé une énergie d'environ 10 400 kT (10,4 Mt). L'explosion la plus puissante de l'histoire fut celle de la Tsar Bomba soviétique qui devait servir de test à des bombes de 100 Mt : sa puissance était de 57 Mt. Ce fut une bombe de type « FFF » (fission-fusion-fission) mais « bridée » : le 3e étage étant inerte. Khrouchtchev expliquera qu'il s'agissait de ne pas « briser tous les miroirs de Moscou ».
L'énergie maximale dégagée par une bombe à fusion peut être augmentée indéfiniment (du moins sur le papier). La Tsar Bomba dégagea 2,84×1017 joules.
Les militaires parlent de bombe H « propre » lorsque moins de 50 % de son énergie totale provient de la réaction de fission. En effet, la fusion seule ne produit directement aucun composé radioactif. Les retombées radioactives d’une bombe H « propre » seraient donc a priori moins importantes que celles d’une bombe A classique de même puissance, alors que les autres effets restent tout aussi dévastateurs. La différence provient de la conception de l'étage de fusion. Si le tampon est en uranium, alors il fissionnera, libérant ainsi la moitié de la puissance de la bombe, mais provoquant 90 % des retombées radioactives. En le remplaçant par un tampon en un autre métal lourd, mais non fissible, comme le plomb, la bombe perdra la moitié de sa puissance, mais avec des retombées bien plus faibles.
Un accident a eu lieu à Palomares près d’Alméria en Espagne le 17 janvier 1966. Un B-52, contenant quatre bombes H, explosa après une collision en vol. Une est tombée près de la côte espagnole et une autre est tombée près de Palomares. Ces bombes ont été récupérées depuis.
Un autre accident a eu lieu à Thulé (Groenland) le 21 janvier 1968. Un B-52 contenant quatre bombes H s'est écrasé près de Thulé. Les quatre bombes ont été détruites dans l'explosion mais leur contenu radioactif s'est échappé.
Les bombes thermonucléaires ont des effets semblables aux autres armes nucléaires. Cependant, elles sont généralement plus puissantes que les bombes A, donc les effets peuvent être plus importants.
L'explosion crée une onde de choc très importante, qui détruit les bâtiments, et provoque de multiples traumatismes chez les êtres vivants, et ce sur une grande surface. De plus, sa vitesse est impressionnante, à peu près 1 000 kilomètres par heure.
Une part importante de l'énergie libérée par l'explosion l'est sous forme de rayonnements. Le rayonnement thermique peut provoquer des incendies ou des brûlures importantes sur une large surface. Plus précisément, la température atteint plusieurs milliers de degrés au sol comme au lieu de l'explosion (500 mètres d'altitude environ). Dans un rayon de 4 kilomètres, les êtres vivants et bâtiments prennent feu instantanément. À 8 kilomètres de distance, ils subissent des brûlures au 3e degré. Ces chiffres sont évidemment liés à la puissance de la bombe : la plus grosse bombe H à avoir jamais explosé, Tsar Bomba, était à même de provoquer des brûlures au 3e degré dans un rayon de 100 km.
Dans une bombe H classique, les rayonnements ionisants (rayons gamma et neutrons) jouent un faible rôle, leur zone d'influence étant moins étendue que les autres effets. Cependant, dans le cas de la bombe à neutrons, les autres effets étant très limités (la majeure partie de la puissance étant émise sous forme de neutrons), une dose létale de neutrons est émise dans un rayon de quelques kilomètres.
L'ionisation de l'air lors de l'explosion crée une décharge électromagnétique, qui perturbe les communications radio et peut endommager des équipements électroniques.
L'effet radioactif de la bombe H est inférieur à celui des bombes A. Les principaux polluants radioactifs sont ceux générés par la fission de l'amorce et des composants annexes. La bombe Castle Bravo d'une puissance de 15 mégatonnes testée dans l'atoll de Bikini en 1954 a toutefois provoqué un drame humain et écologique dans une zone de plusieurs centaines de kilomètres autour du lieu d'explosion. Ces conséquences déclenchèrent un mouvement d'opinion global critique à l'égard des tests et, plus généralement, du développement d'armes nucléaires.
En effet, la réaction de fusion libère très peu de composés radioactifs (juste du tritium non fusionné). L'amorce libère des produits de fission radioactifs, mais sa puissance est faible. Cependant, si l'enveloppe est en uranium, il se produit une seconde réaction de fission à l'issue de la réaction de fusion (bombe fission-fusion-fission) : la puissance de la bombe est doublée, mais les retombées sont multipliées d'un facteur supérieur à 10.
En plus des dommages dus au souffle et aux retombées, l'hypothèse d'effets catastrophiques sur le climat fut mise en avant par un groupe de scientifiques en 1983. Or, selon eux, si lors d'un affrontement nucléaire majeur, les États-Unis ou la Russie utilisaient, ne serait-ce que la moitié de leur arsenal militaire nucléaire, cela engendrerait le soulèvement d'une masse colossale de poussières et de fumées, celles-ci obstruant alors, essentiellement dans l'hémisphère nord, le rayonnement solaire pendant plusieurs mois (comparable ou supérieur à l'explosion du volcan la Tambora en 1815). Ceci produirait un refroidissement général appelé couramment hiver nucléaire, qui détruirait et/ou altérerait une grande partie de la flore dans les régions du monde touchées. De plus, ces scientifiques s'accordaient aussi à dire que les rejets dus à l'explosion de ces armes pourraient endommager la couche d'ozone et ainsi supprimer la filtration des rayons ultraviolets, ce qui causerait des dégâts supplémentaires.