第四代核武器就是核定向能武器:因為這些核彈不產生核輻射，因此可作為"常規武器"使用，主要種類有:粒子束武器、激光引爆核炸彈、乾淨的聚變彈、同質異能素武器等(因為反物質是靠正負物質的湮滅產生破壞力，所以反物質彈不算在核子武器當中)。 第四代的另一特點是突出某一種效果，如突出電磁效應的電磁脈衝彈，使通訊信號混亂，使高能激光束、粒子束、電磁脈衝等離子體定向發射，有選擇地攻擊目標，單項能量更集中，有可控制的特殊殺傷破壞作用。
金屬氫
金屬氫在一定壓力下可轉化為固體結晶體，在室溫下無需密封就可保持很長時間，其爆炸威力相當於相同質量TNT炸藥的25-36.3倍，因此被列為美國國家點火設施(NIF)科學計劃的研究項目。
核同質異能素
核同質異能素的能量量級約為2GJ/g，比高能炸藥大100萬倍
，核同質異能素的核裂反應能量更大，高達80GJ/g。目國外一些研究所正在系統研究核同質異能素的性質和釋放能量的方法，美國和法國的有關研究機構正在進行研究，通過重離子碰撞或慣性約束聚變中微爆炸產生的中子脈衝進行核合成，可得到核同質異能素。像金屬氫一樣，核同質異能素武器身兼兩任，可在常規武器和核武器領域雙棲，既能當"常規武器"，也可作為"乾淨"氫彈的扳機。
反物質
反物質的研究始於20世紀40年代後期，但進展緩慢。1986年，人類首次捕獲到反質子，2002年較大批量地製造出了反氫原子。反物質與正物質相遇時，會在瞬間湮滅，釋放出巨大能量，足以壓縮鈈或鈾丸產生鏈式反應。只需幾微克反物質，就可用作熱核爆炸的扳機，或者激發出極強的X射線或γ射線。反物質在軍事上有多種潛在用途，是目前正在研製的第四代核武器中最重要的一種，美國費米實驗室、歐洲核子中心以及俄羅斯的高能物理研究所，都在進行反物質的生產和研究。
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