从科学推算得知，在没有附加措施的情况下，铀235裸球的临界质量为52千克、δ相钚239裸球的临界质量为16千克、α相钚239裸球的临界质量约为10千克。如果在裂变装料外面包上能反射中子的铀238或铍反射层，则可减小其临界质量。例如，包有2厘米厚的铀238外层时，δ相钚239的临界质量仅为11千克。提高裂变装料的密度，也能减小其临界质量，一般来说，密度提高1倍，临界质量可减小至原来的四分之一。

 原子弹的设计原理就是使处于次临界状态的裂变装料瞬间达到超临界状态。根据超临界状态实现方式的不同，原子弹可分为枪式结构和内爆式结构两种。枪式结构又称压拢型，即把两块或多块处于次临界状态的裂变装料，在化学炸药爆炸产生的力推动下迅速合拢而成为超临界状态。内爆式结构又称压紧型，即利用化学炸药爆炸产生的内聚冲击波和高压力，压缩处于次临界的裂变装料，使其密度急速提高，而成为超临界状态。

 临界质量只是发生核爆炸的最低质量，具体到某一种型号的原子弹装备核材料的质量，外界鲜有报道。二战末期，美国投向日本的两颗原子弹代号分别为“小男孩”和“胖子”，是迄今为止唯一投入作战使用的原子弹，这两颗原子弹的情况现已基本清楚。其中，“小男孩”是枪法原子弹，用了64千克铀-235，另有12.8千克铀-238和铀-234同位素；“胖子”原子弹属于内爆法原子弹，用钚作为裂变材料，装有6.2千克δ相钚合金。

枪法（上）和内爆法（下）原子弹结构示意图（图片来自网络）