炉心溶融
発生した水素は、外部から冷却のために注入された水から発生した酸素、あるいは原子炉内圧力が下がったとき亀裂などから流入した酸素などと混合したとき、あるいは原子炉格納容器内の蒸気圧が高くなり密閉材の耐圧限界を超えて格納容器から水蒸気などとともに建屋に漏れ出るなどすると空気と混ざって爆発を起こす恐れがある。原子炉内部で水素爆発が発生すると容器や建屋を大きく破壊し、事態をより悪化させる恐れがある。これを防ぐために、「ベント」（排気; ベンチレーション。原子炉格納容器の圧力抑制室または原子炉格納容器そのものに通じる弁を大気に開放し内圧を下げること）のほか静的触媒式水素再結合装置によって水素を酸素と結合させて水蒸気として取り除いたり、水素燃焼装置（イグナイタ）により炉心損傷時に短時間に発生する多量の水素を計画的に燃焼させるなどといった対策が行われる。
水素爆弾
実際、原爆開発技術を独占していた米国において、原爆保有国となったソ連に対抗するため、トルーマン大統領によって製造命令が下されたのが、原爆を起爆装置として重水素を熱核反応させる水素爆弾 (hydrogen bomb) である。初期の核融合装置は液体の重水素を用いており、装置が巨大で実用化には至らなかったが、重水素化リチウム (LiD) を用いることにより、実用化に至った。原子爆弾を起爆装置として用い、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、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。しかし、核融合反応による核出力の効率化は水爆1 tあたりTNT換算6メガトン (Mt) が理論上の限界であり、実際には起爆装置の原子爆弾などの重量も含まれるため効率はさらに低下するが、今のところ水素爆弾の威力の上限に限界は存在しないと考えられている。