将两个较轻的核结合而形成一个较重的核和一个很轻的核(或粒子)的过程．两个较轻的核在融合过程中产生质量亏损而释放出巨大的能量，两个轻核在发生聚变时因它们都带正电荷而彼此排斥，然而两个能量足够高的核迎面相遇，它们就能相当紧密地聚集在一起，以致核力能够克服库仑斥力而发生核聚变．当一个核电荷数为

    ，核半径为的核与另一个核电荷数为半径为的核“接触”时，其库仑斥力产生的位能是：

    

    即每个轻核需要180keV的动能．实际上，因为粒子有一定的势垒贯穿几率和粒子速度分布，使小部分粒子的动能远大于平均动能，因此聚变温度可降低．

    一些感兴趣的聚变反应是：

    (1)

    (2)D+D→T+p+4.05MeV

    (3)

    (4)

    (5)

    (6)

    (7)

    其中D是氘，T是氚，都是氢的同位素．P表示质子，1升海水中的氘经聚变反应后释放的能量与300升汽油所释放的能量相当．在D－D反应中，堆燃料的成本是微不足道的，氘在自然界中存在的比例是普通氢的1/6500，氚是放射性物质，其半衰期为12.4年，它在自然界中无天然存在，必须由人工制造．

    目前最有希望的聚变是(3)、(5)，D－T反应产生的中子与包层再生区的再次发生聚变反应除多获得4.8MeV的能量外，还可产生宝贵的氘，因而反应堆可以自已产生足够的氘，使堆能持续运行．