Nuklearna fuzija je reakcija u kojoj se dvije ili više malih atomskih jezgri stapaju stvarajući veće i teže jezgre s oslobađanjem čestica i velike količine energije. U reakcijama nuklearne fuzije dvije reaktivne jezgre sudaraju se, budući da su obje pozitivno nabijene, među njima postoji snažna odbojna sila koja će se nadvladati samo ako reaktivne jezgre imaju vrlo visoke kinetičke energije (blizu 100 milijuna Celzijevih stupnjeva). Kako se potrebna kinetička energija povećava s nuklearnim nabojem (atomska jezgra), reakcije između jezgri s malim atomskim brojem je najlakše proizvesti.
Energija proizvedena na Suncu, kao i na ostalim zvijezdama, dolazi od fuzije jezgri vodika koje tvore jezgre helija i gama zračenja, koji su izraz energije koja se oslobađa u ovom procesu. Broj nukleusa koji svake sekunde reagiraju je ogroman, a samim time i oslobođena energija, otuda i nezadrživa svjetlina i energija kojom nas je uvijek štitila. Nuklearna fuzija je mehanizam koji također objašnjava podrijetlo svih različitih elemenata u svemiru, pretpostavlja se da je odmah nakon eksplozije (Veliki prasak) nastao vodik, a kada su se spojile male jezgre, nastale su teške jezgre koji su iznjedrili veliku raznolikost materijala koje danas poznajemo.
Ekstremni uvjeti pritiska i vrlo visoke temperature za stvaranje nuklearnih fuzijskih reakcija (termonuklearne reakcije) bile su prepreka s kojom su se suočili laboratoriji širom svijeta. Na visokim temperaturama, svim bi se atomima ili većini oduzeli elektroni. Ovo stanje tvari je plinovita smjesa pozitivnih iona i elektrona poznata kao plazma. Sadržaj ove plazme težak je zadatak.
Do sada je nuklearna fuzija pronašla primjenu samo u vojnim funkcijama: vodikova bomba ili termonuklearna bomba; koristi atome vodika ili njihove teške izotope, deuterij i tritij. Da bi se došlo do fuzije ovih atoma, potrebno je postići temperaturu takve veličine da se to može postići samo upotrebom male fisije bombe urana ili plutonija kao detonatora.
Treba napomenuti da fuzija jezgri vodika proizvodi oko 4 puta više energije od cijepanja urana. Stoga, kad se kontrolira nuklearna fuzijska energija (neki kažu sredinom ovog stoljeća), nuklearni će reaktori koji je koriste zaboraviti trenutne koji se temelje na procesima nuklearne fisije. Ako fuzijska energija postane izvediva, ona će ponuditi sljedeće prednosti: 1) gorivo je jeftino i gotovo neiscrpno, deuterij iz oceana; 2) nemogućnost nesreće u reaktoru, ako bi fuzijski stroj prestao raditi, potpuno bi se i odmah isključio, bez opasnosti od topljenja, i 3) Čist je izvor energije, jer proces stvara malo radioaktivnog otpada i njime je lakše rukovati.
