中子弹的设计制造是在氢弹技术的基础上，尽可能地减少裂变材料和尽可能地使聚变产生的高能中子易于穿出弹壳。中子弹和普通氢弹的区别是：（1）中子弹利用较少的裂变材料就能放出较多的能量，以满足氘氚聚变反应所需的高温；（2）普通氢弹用的聚变原料是固态氘化锂-6，中子弹用的是氘氚混合气体。因为氘和氚聚变反应所放出的中子比裂变反应所放出的中子多得多，而锂可以吸收大部分中子；（3）在普通氢弹中，聚变反应放出的高能中子大多被吸收，用来产生氚和使包壳材料铀-238裂变，这也是氢弹“脏”的原因，而中子弹产生的中子大部分穿出弹体被释放出来。
中子弹剖面示意图
氢弹（左）与中子弹（右）结构比较，中子弹少了一层铀-238外壳
中子弹的核燃料是氘、氚，在常温下呈气体状态，因此要保持氘、氚呈液态就必须有低温装置，美国《纽约时报》曾透露过中子武器的机密部件“储氚器”，它是中子弹的心脏，其密度很大，而且容易加工。由于氘和氚容易被空气中的氢置换，也容易和空气中的氧发生反应生成氘水（重水）和氚水（超重水），所以储氚器的材料应在没有空气的真空中贮存。由于氚衰变放出β射线，然后变成氦-3气体，使储氚器内部压力不断增大，所以储氚器要耐高压、耐β辐射。因为随着储存时间增加，氦-3气体越来越多，内部压力越来越大，所以到一定时间之后，储氚器要更换维修。
氘氚聚变反应示意图
中子弹以氘氚混合物为燃料，制造一枚1 000吨TNT当量的中子弹需要消耗5克氘。关于原料氚，理论上只需7.224克氚，但因为考虑到氚的利用率，一枚中子弹的用氚量要远大于这个数，仅制造环节就需要12.5克氚。氚在自然界中的存量极少，丰度极低，地球上天然氚的总量仅有约3.6千克，主要以氧化物的形式存在于水环境中，且不可能进行提取、回收与利用。中子弹所用的氚都是通过人工制造的，主要是在反应堆中使锂-6吸收中子变成氚和氦。生产中要先将含锂-6的靶材氢化锂、碳酸锂或锂镁合金等做成适合在反应堆中辐照的元件，经中子辐照后，有的锂-6变成了氚和氦。然后将含有氚的锂-6元件熔解，去除氦、氮、氧等杂质，再提取氚。该生产工艺要在反应堆中烧掉铀-235或钚-239，一个生产聚变材料的核反应堆，平均要消耗掉5个铀-235原子才能产生一个氚原子，也就是要消耗掉392千克铀-235才能生产一千克的氚。所以氚的售价非常昂贵，即使在产量已经非常大的今天，1克氚也要30 000美元左右，比高浓度的铀-235或钚-239贵几十倍。另一方面，氚的半衰期仅有12.33年，它以每年5.47%的比率发生β衰变，且衰变产物氦-3能够吸收中子，进而降低中子弹的中子产量、减小威力，因此需要及时补充氚，这使得中子弹的制造和维护十分昂贵。一枚1 000吨TNT当量的中子弹比一枚10 000吨TNT当量的原子弹花费要高得多。根据美国能源与环境研究机构所提供的报告显示，从1955年到1996年，美国共生产了225千克的氚，但由于氚的衰变，到1996年，仅仅剩下了75千克。
中子弹爆炸过程示意
