Een waterstofbom of H-bom is een atoombom die veruit het grootste deel van zijn explosieve energie uit kernfusie van atomen tot helium verkrijgt. Meestal worden de waterstofisotopen deuterium en/of tritium en verder lithium gebruikt. Dit zijn lichte kernen die relatief gemakkelijk tot fusie te brengen zijn.
In de praktijk is een op kernsplijting gebaseerde atoombom nodig om de temperatuur en druk te verkrijgen om het kernfusieproces op gang te brengen. Het is niet triviaal om bij deze ontsteking het fusiemateriaal tot fusie te brengen voordat het door de druk van de ontstekingsexplosie uit elkaar wordt geblazen. Pas toen Edward Teller en Stanislaw Ulam in 1951 met hun ontwerp voor de ontsteking kwamen, werd de waterstofbom ook technisch haalbaar.
De eerste waterstofbom, met de codenaam Ivy Mike, werd op 1 november 1952 (plaatselijke tijd; het was nog 31 oktober in de VS), tot ontploffing gebracht op het atol Eniwetok (dat hoort bij de Marshalleilanden). Deze explosie (10 megaton TNT-equivalent) had een grotere kracht dan alle geallieerde bommen van de Tweede Wereldoorlog bij elkaar.
Op 1 maart 1954 brachten de VS een waterstofbom tot ontploffing op het atol Bikini in de Stille Oceaan. Het leverde een van de krachtigste explosies op die ooit door mensen werden veroorzaakt (15 megaton TNT).
De krachtigste waterstofbom ooit was de Tsar Bomba (50 megaton TNT), door de Russen tot ontploffing gebracht op Nova Zembla. De explosie was tot op 1000 km afstand te zien; vensterruiten sneuvelden tot op 900 km afstand. Alle gebouwen, zowel houten als stenen, in de plaats Severny op 270 km afstand, werden verwoest. De paddestoelwolk bereikte een hoogte van 64 kilometer.