Для того чтобы произвести ядерный взрыв, необходимо быстро собрать подкритические массы делящегося материала в сверхкритическую конфигурацию. Простейшей конструкцией оружия является устройство для сборки пушки чистого деления, в котором взрывчатое вещество используется для выстреливания одной подкритической массы по «стволу пушки» в другую подкритическую массу. Плутоний не может использоваться в качестве делящегося материала в устройстве для сборки пушки, поскольку скорость сборки в таком устройстве слишком медленная, чтобы исключить высокую вероятность того, что цепная реакция «предварительно запустится» за счет спонтанного испускания нейтронов, создавая тем самым взрывной выход всего в несколько десятков тонн. Поэтому для изготовления оружия пушечной сборки используется высокообогащенный уран, как правило, более 80 процентов урана-235.
Другим основным методом сборки является имплозия, при которой подкритическая масса делящегося материала сжимается химическим взрывчатым веществом в более плотную критическую массу. Делящимся материалом обычно является плутоний, высокообогащенный уран или их композиция. В простейшей конструкции сферический делящийся сердечник окружен отражателем (также известным как тампер), который, в свою очередь, окружен химическим взрывчатым веществом. Другие геометрии используются в тех случаях, когда диаметр устройства должен быть небольшим, чтобы оно могло поместиться, например, в артиллерийский снаряд или боеголовку ракеты, или когда требуется более высокий выход. Чтобы получить заданный выход, для имплозионного оружия требуется значительно меньше делящегося материала, чем для устройства пушечной сборки. Имплозионное оружие деления с мощностью взрыва в одну килотонну может быть создано с использованием всего 1-2 кг (2,2-4,4 фунта) плутония или примерно 5-10 кг (11-22 фунта) высокообогащенного урана.
Усовершенствования базовой конструкции имплозии были впервые проведены в рамках операции «Песчаник», американской серии испытаний, проведенных весной 1948 года. В трех испытаниях использовались имплозионные конструкции второго поколения, включавшие композитные и левитирующие сердечники. Композитный сердечник состоял из концентрических оболочек как из урана-235, так и из плутония-239, что позволяло более эффективно использовать эти делящиеся материалы. Более высокая степень сжатия делящегося материала достигалась путем левитации сердечника, то есть введения воздушного промежутка в оружие для получения более высокого выхода при том же количестве делящегося материала.
Американские испытания в ходе операции «Рейнджер» в начале 1951 года включали имплозивные устройства с сердечниками, содержащими долю критической массы — концепция, возникшая в 1944 году в ходе Манхэттенского проекта. В отличие от оригинальной конструкции «Толстяка», это оружие с «дробным критерием» полагалось на сжатие делящегося ядра до более высокой плотности, чтобы достичь сверхкритической массы и тем самым получить ощутимый выход при меньшем количестве материала.
Другой метод увеличения мощности взрыва деления называется форсированием. Под форсированием понимается процесс, при котором термоядерные реакции используются в качестве источника нейтронов для индуцирования деления с гораздо большей скоростью, чем можно было бы достичь с помощью нейтронов, получаемых только в цепных реакциях деления. Американский физик Эдвард Теллер изобрел эту концепцию в середине 1943 года. Включение дейтерия и трития в ядро делящегося материала позволяет получить более высокий выход при данном количестве делящегося материала или, наоборот, достичь того же выхода при меньшем количестве. Четвертое американское испытание в рамках операции «Гринхаус», состоявшееся 24 мая 1951 года, стало первым испытанием конструкции ракеты-носителя. В последующие десятилетия примерно 90 процентов ядерного оружия в американском арсенале полагалось на разгон.
