A fusão nuclear é uma reação em que dois ou mais pequenos núcleos atômicos se fundem para formar núcleos maiores e mais pesados com a liberação de partículas e grandes quantidades de energia. Nas reações de fusão nuclear os dois núcleos reativos colidem, como ambos são carregados positivamente, existe uma intensa força repulsiva entre eles, que só será superada se os núcleos reativos tiverem energias cinéticas muito altas (perto de 100 milhões de graus Celsius). Como a energia cinética necessária aumenta com a carga nuclear (núcleo atômico), as reações entre núcleos de baixo número atômico são as mais fáceis de produzir.
A energia produzida no Sol, assim como em outras estrelas, vem da fusão dos núcleos de hidrogênio que formam os núcleos de hélio e da radiação gama, que são a expressão da energia que é liberada nesse processo. O número de núcleos que reagem a cada segundo é enorme e, portanto, também a energia liberada, daí o brilho e a energia irreprimíveis com que sempre nos abrigou. A fusão nuclear é o mecanismo que também explica a origem de todos os diferentes elementos do universo, presume-se que imediatamente após a explosão (Big Bang), o hidrogênio se formou, e quando pequenos núcleos se juntaram, formaram-se núcleos pesados. que deram origem à grande diversidade de materiais que agora conhecemos.
As condições extremas de pressão e altíssima temperatura para que ocorram as reações de fusão nuclear (reações termonucleares) têm sido o obstáculo que os laboratórios de todo o mundo têm enfrentado. Em altas temperaturas, todos ou a maioria dos átomos seriam despojados de seus elétrons. Este estado da matéria é uma mistura gasosa de íons positivos e elétrons conhecidos como plasma. Conter esse plasma é uma tarefa formidável.
Até agora, a fusão nuclear só encontrou aplicação em funções militares: a bomba de hidrogênio ou a bomba termonuclear; ele usa átomos de hidrogênio ou seus isótopos pesados, deutério e trítio. Para que a fusão desses átomos aconteça, é necessário atingir uma temperatura de tal magnitude que só poderá ser alcançada usando uma pequena bomba de fissão de urânio ou plutônio como detonador.
Deve-se notar que a fusão dos núcleos de hidrogênio produz cerca de 4 vezes mais energia do que a fissão do urânio. Assim, quando a energia de fusão nuclear for controlada (alguns dizem em meados deste século), os reatores nucleares que a utilizam esquecerão os atuais, baseados em processos de fissão nuclear. Se a energia de fusão se tornar praticável, ela oferecerá as seguintes vantagens: 1) o combustível é barato e quase inesgotável, o deutério dos oceanos; 2) impossibilidade de acidente no reator, se uma máquina de fusão parasse de funcionar, ela se desligaria completa e imediatamente, sem perigo de derreter, e 3) é uma fonte de energia limpa, pois o processo gera poucos resíduos radioativos e é mais fácil de manusear.
