La Fusió Nuclear és una reacció en què dos o més petits nuclis atòmics es fusionen per formar nuclis més grans i pesats amb l'alliberament de partícules i grans quantitats d'energia. En reaccions de fusió nuclear dels dos nuclis reactius xoquen, com tots dos estan positivament carregats, hi ha una intensa força repulsiva entre ells, que només se superarà si els nuclis reactius tenen energies cinètiques molt elevades (properes a 100 milions de graus Celsius). Com l'energia cinètica requerida augmenta amb la càrrega nuclear (nucli atòmic), les reaccions entre nuclis de baix nombre atòmic són les més fàcils de produir.
L'energia produïda en el Sol, així com en altres estrelles, prové de la fusió de nuclis d'hidrogen que formen nuclis d'heli i radiacions gamma, els quals són l'expressió de l'energia que s'allibera en aquest procés. El nombre de nuclis que reacciona cada segon és enorme i, per tant, també l'energia alliberada, d'allí l'incontenible brillantor i energia amb el que sempre ens ha acollit. La fusió nuclear és el mecanisme que explica, a més, l'origen de tots els diferents elements existents en l'univers, se suposa que immediatament després de l'explosió (Big Bang), es va formar hidrogen, i a l'unir-se nuclis petits es van anar formant nuclis pesats que han donat origen a la gran diversitat de materials que ara coneixem.
Les condicions extremes de pressió i temperatura molt altes perquè es doni la producció de reaccions de fusió nuclear (reaccions termonuclears), han estat l'obstacle a què s'han enfrontat els laboratoris de tot el món. A elevades temperatures, tots o la majoria dels àtoms quedarien despullats dels seus electrons. Aquest estat de matèria és una barreja gasosa d'ions positius i electrons coneguda com plasma. Aconseguir contenir aquest plasma és una tasca formidable.
Fins ara la fusió nuclear només ha trobat aplicació en funcions bèl·liques: la bomba d'hidrogen o la bomba termonuclear; en ella s'utilitzen àtoms d'hidrogen o dels seus isòtops pesats, deuteri i triti. Perquè tingui lloc la fusió d'aquests àtoms és necessari arribar a una temperatura de tal magnitud que tan sols es pot assolir emprant com a detonant una petita bomba de fissió d'urani o plutoni.
Cal assenyalar, que la fusió dels nuclis d'hidrogen produeix al voltant de 4 vegades més energia que la fissió d'urani. D'allí que l'energia de fusió nuclear quan s'arribi a controlar (alguns diuen que a mitjans d'aquest segle), farà que els reactors nuclears que l'utilitzin deixin en l'oblit als actuals que es basen en processos de fissió nuclear. Si l'energia de fusió arriba a ser practicable, oferiria els següents avantatges: 1) el combustible és barat i gairebé inesgotable, el deuteri procedent dels oceans; 2) impossibilitat d'un accident en el reactor, si una màquina de fusió deixés de funcionar, s'apagaria completa i immediatament, sense perill que es fongués, i 3) es tracta d'una font d'energia neta, ja que el procés genera pocs deixalles radioactius i més senzills de manejar.
