Fuzja jądrowa to reakcja, w której dwa lub więcej małych jąder atomowych łączy się, tworząc większe i cięższe jądra z uwolnieniem cząstek i dużych ilości energii. W reakcjach syntezy jądrowej dwa reaktywne jądra zderzają się, ponieważ oba są naładowane dodatnio, istnieje między nimi intensywna siła odpychająca, która zostanie pokonana tylko wtedy, gdy reaktywne jądra będą miały bardzo wysokie energie kinetyczne (blisko 100 milionów stopni Celsjusza). Ponieważ wymagana energia kinetyczna rośnie wraz z ładunkiem jądrowym (jądrem atomowym), reakcje między jądrami o małej liczbie atomowej są najłatwiejsze do wytworzenia.
Energia wytwarzana w Słońcu, podobnie jak w innych gwiazdach, pochodzi z fuzji jąder wodoru, które tworzą jądra helu i promieniowania gamma, które są wyrazem energii uwalnianej w tym procesie. Liczba jąder, które reagują w każdej sekundzie, jest ogromna, a zatem także uwalniana energia, stąd niepohamowana jasność i energia, którymi zawsze nas chroniła. Fuzja jądrowa jest mechanizmem, który wyjaśnia również pochodzenie wszystkich różnych pierwiastków we wszechświecie, zakłada się, że natychmiast po wybuchu (Wielkim Wybuchu) powstał wodór, a po połączeniu małych jąder powstały ciężkie jądra. które dały początek wielkiej różnorodności materiałów, które teraz znamy.
Ekstremalne warunki ciśnienia i bardzo wysoka temperatura sprzyjające powstawaniu reakcji syntezy jądrowej (reakcje termojądrowe) są przeszkodą, z którą borykają się laboratoria na całym świecie. W wysokich temperaturach wszystkie lub większość atomów zostałaby pozbawiona elektronów. Ten stan skupienia to gazowa mieszanina dodatnich jonów i elektronów zwana plazmą. Zawarcie tej plazmy to straszne zadanie.
Do tej pory synteza jądrowa znalazła zastosowanie tylko w celach wojskowych: bomba wodorowa lub bomba termojądrowa; wykorzystuje atomy wodoru lub ich ciężkie izotopy, deuter i tryt. Aby doszło do fuzji tych atomów, konieczne jest osiągnięcie temperatury o takiej wielkości, że można ją osiągnąć jedynie za pomocą małej bomby uranowej lub plutonowej jako detonatora.
Należy zauważyć, że fuzja jąder wodoru wytwarza około 4 razy więcej energii niż rozszczepienie uranu. Stąd, kiedy kontrolowana jest energia syntezy jądrowej (niektórzy mówią, że w połowie tego wieku), reaktory jądrowe, które ją wykorzystują, zapomną o obecnych, opartych na procesach rozszczepienia jądrowego. Jeśli energia termojądrowa stanie się praktyczna, przyniesie ona następujące korzyści: 1) paliwo jest tanie i prawie niewyczerpane, deuter z oceanów; 2) niemożność wystąpienia wypadku w reaktorze, gdyby maszyna termojądrowa przestała działać, wyłączyłaby się całkowicie i natychmiast, bez niebezpieczeństwa stopienia, oraz 3) jest czystym źródłem energii, ponieważ proces ten generuje mało odpadów radioaktywnych i jest łatwiejszy w obsłudze.
