核融合是聚合多個小原子，生成原子量較大的重元素，並隨之釋放出巨大能量；最典型的核融合反應就是太陽燃燒，氫彈也是利用核融合原理製成。目前科學家研究的核融合反應，則是在侷限空間裡模擬太陽生產核融合能，期望一勞永逸解決人類社會的能源危機。
核融核的燃料，是氫的同位素氘與氚，分別可自海水與鋰礦提煉。氘與氚融合後，產生氦原子並釋放出大量能量。反應過程為了克服質子之間的互斥作用，必須給予上億度高溫，足夠熱能才將氘、氚完全離子化，讓離子氣體（電漿）自由碰撞反應。
理論上，1公斤核融合燃料，產生的能量相當於1000萬公斤的煤、石油或天然氣等石化燃料，而且融合反應不是消耗氧氣的化學燃燒，不會產生二氧化碳等溫室氣體，也不會助長溫室效應與全球氣候暖化。
核融合的反應廢料，主要是氦原子核(α射線)，屬於逾半衰期較短、穿透力弱的放射性物質，適當處置後，可將汙染降至一般廢棄物等級。
不過即便核融合發電的模式可行，反應器興建也是一大挑戰，建材必須連續多年承受極高溫與高能量核粒子的連續撞擊，一般材料很容易劣化並承受輻射污染，這是亟待克服的難題。
