После блестящей защиты кандидатской диссертации Андрея Сахарова включили в секретную группу ученых по созданию термоядерного оружия. 12 августа 1953 года на полигоне в Семипалатинске была испытана первая водородная бомба. За это 32-летний Сахаров получил звание действительного члена Академии наук СССР, стал лауреатом Сталинской премии и Героем Социалистического Труда.
После ХХ съезда КПСС, где Никита Хрущев сделал доклад, разоблачающий культ личности Сталина, Андрей Сахаров задумался об огромной опасности ядерного оружия, разработкой которого занимался. На одном из банкетов он произнес тост: «Чтобы бомбы взрывались лишь над полигонами и никогда — над городами». Присутствовавший там маршал Митрофан Неделин заметил, что задача ученых — укреплять оружие, а направить его военные сами сумеют.
С тех пор Сахаров стал активно выступать за запрещение испытаний ядерного оружия. Естественно, это вызывало негативную реакцию советского правительства. Сахарова лишили всех званий. Несмотря на это, в интервью иностранному корреспонденту ученый выдвинул идею постепенного сближения капитализма и социализма. Высказывался он и за право на эмиграцию, отмену смертной казни, выступал против принудительного лечения в психиатрических больницах людей, не согласных с советским режимом.
С 1970 года академик был во главе диссидентского движения. В 1975-м он удостоился Нобелевской премии мира «за бесстрашную поддержку фундаментальных принципов мира между народами и за мужественную борьбу со злоупотреблениями властью и любыми формами подавления человеческого достоинства». Это событие вызвало новую волну нападок на выдающегося ученого, ему даже не разрешили поехать в Швейцарию за получением премии (награду отдали его жене Елене Боннэр). Бывшие соратники Сахарова недоумевали, как он мог променять высокое положение, славу и деньги на борьбу с властью страны, в которой жил. В декабре 1979-го Сахаров открыто выразил протест через иностранную прессу по поводу ввода советских войск в Афганистан. После этого ученый был выслан в Горький (Нижний Новгород), где пробыл в изоляции семь лет.
Положение Андрея Сахарова изменилось с началом в СССР перестройки. 16 декабря 1986 года Михаил Горбачев лично объявил Сахарову об окончании его ссылки и пригласил знаменитого правозащитника в Москву. В марте 1989 года его избрали народным депутатом СССР от Академии наук. Однако ученому не особенно давали возможность высказываться по проблемам, которые его волновали. Вернувшись после очередных дебатов на съезде, Андрей Дмитриевич пожаловался жене на боль в сердце. Ночью 14 декабря 1989 года Сахаров скончался от сердечного приступа. Последними словами отца водородной бомбы были: «Пошел отдыхать. У меня завтра бой!»