La fusione nucleare è una reazione in cui due o più piccoli nuclei atomici si fondono per formare nuclei più grandi e più pesanti con il rilascio di particelle e grandi quantità di energia. Nelle reazioni di fusione nucleare i due nuclei reattivi si scontrano, poiché entrambi sono caricati positivamente, c'è un'intensa forza repulsiva tra di loro, che sarà superata solo se i nuclei reattivi hanno energie cinetiche molto elevate (vicino a 100 milioni di gradi Celsius). Poiché l'energia cinetica richiesta aumenta con la carica nucleare (nucleo atomico), le reazioni tra nuclei di basso numero atomico sono le più facili da produrre.
L'energia prodotta nel Sole, così come in altre stelle, proviene dalla fusione di nuclei di idrogeno che formano nuclei di elio e radiazioni gamma, che sono l'espressione dell'energia che viene rilasciata in questo processo. Il numero di nuclei che reagiscono ogni secondo è enorme e, quindi, anche l'energia sprigionata, da qui l'irrefrenabile luminosità ed energia con cui ci ha sempre riparato. La fusione nucleare è il meccanismo che spiega anche l'origine di tutti i diversi elementi dell'universo, si presume che subito dopo l'esplosione (Big Bang) si sia formato l'idrogeno, e quando sono stati uniti piccoli nuclei si sono formati nuclei pesanti che hanno dato origine alla grande diversità di materiali che ora conosciamo.
Le condizioni estreme di pressione e altissima temperatura per la produzione di reazioni di fusione nucleare (reazioni termonucleari), sono state l'ostacolo che i laboratori di tutto il mondo hanno dovuto affrontare. A temperature elevate, tutti o la maggior parte degli atomi verrebbero privati dei loro elettroni. Questo stato della materia è una miscela gassosa di ioni positivi ed elettroni noti come plasma. Contenere questo plasma è un compito formidabile.
Fino ad ora, la fusione nucleare ha trovato applicazione solo nelle funzioni militari: la bomba all'idrogeno o la bomba termonucleare; utilizza atomi di idrogeno o i loro isotopi pesanti, deuterio e trizio. Affinché la fusione di questi atomi avvenga, è necessario raggiungere una temperatura di tale entità che può essere raggiunta solo utilizzando una piccola bomba a fissione all'uranio o al plutonio come detonatore.
Va notato che la fusione dei nuclei di idrogeno produce circa 4 volte più energia della fissione dell'uranio. Quindi, quando l'energia di fusione nucleare è controllata (alcuni dicono a metà di questo secolo), i reattori nucleari che la utilizzano dimenticheranno quelli attuali che si basano sui processi di fissione nucleare. Se l'energia di fusione diventasse praticabile, offrirebbe i seguenti vantaggi: 1) il carburante è economico e quasi inesauribile, deuterio degli oceani; 2) impossibilità di incidente nel reattore, se una macchina di fusione smettesse di funzionare si spegnerebbe completamente e immediatamente, senza pericolo di fusione, e 3) È una fonte di energia pulita, poiché il processo genera pochi rifiuti radioattivi ed è più facile da gestire.
