第四代核武器就是核定向能武器:因为这些核弹不产生核辐射，因此可作为"常规武器"使用，主要种类有:粒子束武器、激光引爆核炸弹、干净的聚变弹、同质异能素武器等(因为反物质是靠正负物质的湮灭产生破坏力，所以反物质弹不算在核子武器当中)。 第四代的另一特点是突出某一种效果，如突出电磁效应的电磁脉冲弹，使通讯信号混乱，使高能激光束、粒子束、电磁脉冲等离子体定向发射，有选择地攻击目标，单项能量更集中，有可控制的特殊杀伤破坏作用。
金属氢
金属氢在一定压力下可转化为固体结晶体，在室温下无需密封就可保持很长时间，其爆炸威力相当于相同质量TNT炸药的25-36.3倍，因此被列为美国国家点火设施(NIF)科学计划的研究项目。
核同质异能素
核同质异能素的能量量级约为2GJ/g，比高能炸药大100万倍
，核同质异能素的核裂反应能量更大，高达80GJ/g。目国外一些研究所正在系统研究核同质异能素的性质和释放能量的方法，美国和法国的有关研究机构正在进行研究，通过重离子碰撞或惯性约束聚变中微爆炸产生的中子脉冲进行核合成，可得到核同质异能素。像金属氢一样，核同质异能素武器身兼两任，可在常规武器和核武器领域双栖，既能当"常规武器"，也可作为"干净"氢弹的扳机。
反物质
反物质的研究始于20世纪40年代后期，但进展缓慢。1986年，人类首次捕获到反质子，2002年较大批量地制造出了反氢原子。反物质与正物质相遇时，会在瞬间湮灭，释放出巨大能量，足以压缩钚或铀丸产生链式反应。只需几微克反物质，就可用作热核爆炸的扳机，或者激发出极强的X射线或γ射线。反物质在军事上有多种潜在用途，是目前正在研制的第四代核武器中最重要的一种，美国费米实验室、欧洲核子中心以及俄罗斯的高能物理研究所，都在进行反物质的生产和研究。
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