Ydinfuusio on reaktio, jossa kaksi tai useampia pieniä atomiytimiä sulautuu muodostaen suurempia ja raskaampia ytimiä hiukkasia ja suuria määriä energiaa vapautuen. Ydinfuusioreaktioissa kaksi reaktiivista ydintä törmäävät, koska molemmat ovat positiivisesti varautuneita, niiden välillä on voimakas hylkivä voima, joka voidaan voittaa vain, jos reaktiivisilla ytimillä on erittäin korkea kineettinen energia (lähes 100 miljoonaa celsiusastetta). Kun tarvittava kineettinen energia kasvaa ydinvarauksen (atomituuma) myötä, pienimmän atomiluvun ytimien väliset reaktiot ovat helpoimpia tuottaa.
Auringossa samoin kuin muissa tähdissä tuotettu energia tulee vetyytimien fuusiosta, jotka muodostavat heliumytimet ja gammasäteilyn, jotka ilmaisevat tässä prosessissa vapautuvaa energiaa. Joka sekunti reagoivien ytimien lukumäärä on valtava ja siten myös vapautunut energia, mikä on korjaamaton kirkkaus ja energia, jolla se on aina suojannut meidät. Ydinfuusio on mekanismi, joka selittää myös kaikkien maailmankaikkeuden eri elementtien alkuperän, oletetaan, että heti räjähdyksen (Big Bang) jälkeen muodostui vety, ja kun pienet ytimet yhdistettiin, muodostui raskaita ytimiä jotka ovat synnyttäneet nyt tunnetun materiaalien suuren monimuotoisuuden.
Äärimmäiset paineolosuhteet ja erittäin korkea lämpötila ydinfuusioreaktioiden (lämpöydinreaktioiden) tuottamiseksi ovat olleet este, jonka laboratoriot ympäri maailmaa ovat kohdanneet. Korkeissa lämpötiloissa kaikki tai suurin osa atomista erotettaisiin elektronista. Tämä aineen tila on positiivisten ionien ja elektronien kaasumainen seos, joka tunnetaan plasmana. Tämän plasman pitäminen on valtava tehtävä.
Tähän asti ydinfuusio on ollut sovellettavissa vain sotilastoimintoihin: vety- tai lämpöydinpommi; se käyttää vetyatomeja tai niiden raskaita isotooppeja, deuteriumia ja tritiumia. Jotta näiden atomien fuusio tapahtuisi, on välttämätöntä saavuttaa niin suuri lämpötila, että se voidaan saavuttaa vain käyttämällä pientä uraani- tai plutoniumfissiopommia räjähtimenä.
On huomattava, että vetyydinten fuusio tuottaa noin neljä kertaa enemmän energiaa kuin uraanin fissio. Siksi, kun ydinfuusioenergiaa hallitaan (jotkut sanovat tämän vuosisadan puolivälissä), sitä käyttävät ydinreaktorit unohtavat nykyiset, jotka perustuvat ydinfissioprosesseihin. Jos fuusioenergia tulee käytännölliseksi, sillä on seuraavat edut: 1) polttoaine on halpaa ja lähes ehtymätöntä, deuterium valtameristä; 2) onnettomuuden mahdottomuus reaktorissa, jos fuusiolaite lakkaisi toimimasta, se sammuu kokonaan ja välittömästi ilman sulamisvaaraa, ja 3) se on puhdas energialähde, koska prosessi tuottaa vähän radioaktiivista jätettä ja on helpompi käsitellä.
