В 1955 г. начались летные испытания первой морской баллистической ракеты, оснащенной в дальнейшем ядерным зарядом типа РДС-4. А с 1957 г. на вооружение начали поступать ядерные боеприпасы для военно-воздушных сил и военно-морского флота, войск противоракетной и противовоздушной обороны. К 1965 г. практически все рода войск Министерства обороны СССР были укомплектованы ядерными боеприпасами и эксплуатационным оборудованием.
Почти одновременно с началом разработок атомных зарядов для военных целей советскими учеными был поставлен вопрос об использовании атомной энергии в мирных целях. Прежде всего - для получения электроэнергии. В 1950 г. при Первом главном управлении создается Специальное конструкторское бюро № 5 под руководством Н. А. Доллежаля, ориентированное на разработку конструкции реактора для первой в мире АЭС. В мае 1954 г. на заводе № 12 (г. Электросталь) для этой АЭС были изготовлены тепловыделяющие элементы (твэлы) из урана, а уже 27 июня 1954 г. в Обнинске (под Москвой) была введена в строй первая в мире АЭС мощностью 5 тыс. кВт. В 1958 г. была введена в строй первая очередь Сибирской АЭС мощностью 100 тыс. кВт. В 70-е годы мощность АЭС превысила 600 тыс. кВт.
16 ноября 1953 г. В. А. Малышев, И. В. Курчатов, А. П. Александров, И. И. Носенко и З. А. Шашков обратились в Правительство СССР с предложением о передаче в ведение Минсредмаша программы по проектированию и строительству атомного ледокола. И уже 20 ноября того же года вышло постановление Правительства о начале строительства ледокола “Ленин” водоизмещением 17 тысяч тонн силами МСМ и других ведомств. Научным руководителем по физике реактора был назначен И. В. Курчатов, а по строительству ледокола в целом - А. П. Александров.
Темпы работ были ошеломляющими. Разработка технического проекта - май 1956-го, закладка ледокола на стапеле Адмиралтейского завода в Ленинграде - август того же года, опытная навигация - 31 декабря 1959 г. После ледокола “Ленин” были построены еще семь атомных ледоколов и крупнейший в мире атомный лихтеровоз “Севморпуть” водоизмещением 62 тысячи тонн. Эти суда существенно увеличили период навигации по Северному морскому пути.
Атомные силовые установки нашли широкое применение на кораблях ВМФ. В ноябре 1952 г. вышло постановление Совета Министров СССР о проектировании подводной лодки с торпедами, содержащими атомные заряды. Научным руководителем работ был назначен А. П. Александров (ЛИПАН), главным конструктором энергетической установки - Н. А. Доллежаль (НИКИЭТ), а за проектирование подводной лодки в целом отвечал В. Н. Перегудов (СКБ-143, СПМБМ “Малахит”). Уже 8 марта 1955 г. был осуществлен физический пуск ядерного реактора для первой советской атомной подводной лодки, а 1 декабря 1958 г. закончились ее ходовые испытания. К концу 1986 г. ВМФ СССР имел уже 62 атомные субмарины.
1 сентября 1969 г. было принято Постановление ЦК КПСС и СМ СССР о строительстве первого в СССР атомного надводного корабля. Им стал авианесущий крейсер “Киров”, принятый в состав ВМФ в 1981 г. Затем были построены корабли “Адмирал Ушаков”, “Адмирал Нахимов”, авианосец “Москва” и крейсер “Пётр Великий”.
Развитие атомной промышленности инициировало возникновение многих научных направлений, нашедших применение не только в военной, но и в мирной тематике.
Для проведения сложных теоретических расчетов по зарядной тематике в октябре 1952 г. была создана первая отечественная электронно-вычислительная машина. За ней последовали более совершенные ЭВМ: в 1967 г. - БЭСМ-6 с быстродействием в 1 миллион операций в секунду, а в 80-е годы - ЭВМ семейства “Эльбрус” с быстродействием в десятки миллионов операций в секунду.
Для проведения тонких физических исследований были созданы циклотроны, исследовательские атомные реакторы, мощные ускорители электронов. В Объединенном институте ядерных исследований в 1960 г. вступил в строй крупнейший в мире ускоритель тяжелых многозарядных ионов - циклотрон с энергией 90-200 млн. эВ. С помощью ускорителя был открыт новый вид радиоактивности (протонная), синтезированы изотопы элементов с номерами 102, 103 и впервые в мире получены 104-й и 105-й элементы Периодической системы Д. И. Менделеева.
В 1989 г. в Институте атомной энергии им. И. В. Курчатова был введен в действие первый в мире прототип промышленного термоядерного реактора со сверхпроводящей магнитной системой - “Токамак-15”.