核聚變的能量是通過兩個原子合并為一個原子而產生的。在核聚變反應堆中，氫原子發生聚變，進而形成氦原子、中子，并釋放巨大的能量。氫彈和太陽的能量就是靠這種反應提供的。與核裂變相比，核聚變所產生的能量更加清潔、安全、高效，其能量來源也更為豐富。目前的核反應堆利用核裂變來產生能量。在核裂變中，能量是通過一個原子分裂為兩個原子來釋放的。在傳統的核反應堆中，鈾的重原子在高能中子的轟擊下發生裂變，這會生成巨大的能量，同時產生長期的輻射和放射性廢物（詳見核電站工作原理）。
核聚變反應分為多種類型。其中大多數都涉及氫的同位素氘和氚：
質子－質子鏈——這一序列是太陽等恒星中最主要的核聚變反應模式。
兩對中子形成兩個氘原子。
每個氘原子與一個質子結合，生成一個氦3原子。
兩個氦3原子結合，生成不穩定的鈹6。
鈹6衰變為兩個氦4原子。
這些反應會生成高能粒子（質子、電子、中子、正電子），并放出輻射（光線、伽馬射線）。
氘－氘反應——兩個氘原子結合，生成一個氦3原子和一個中子。
氘－氚反應——一個氘原子和一個氚原子結合，生成一個氦4原子和一個中子。其中大部分能量以高能中子的形式釋放。
從概念上講，利用反應堆中的核聚變十分容易。但為了讓這一反應以可控、無害的方式進行，科學家們歷經周折。為了了解其中的緣由，我們需要先看一下發生核聚變的必要條件。
