核聚变是用两个较轻的原子核制造一个重核（原子的一部分）的过程。这个过程称为核反应。它释放出大量的能量。

核聚变产生的原子核比任何一个起始原子核重。但是，它没有起始核（原子）的原始质量的组合那么重。这种损失的质量被改变为大量的能量。这一点在爱因斯坦著名的E=mc2方程中就可以看出。

核聚变发生在恒星的中间，比如太阳。氢原子融合在一起，形成氦气。这将释放出大量的能量。这种能量为恒星的热和光提供了动力。并非所有的元素都能结合。较重的元素比较轻的元素更不容易结合。铁（一种金属）不能与其他原子融合。这就是导致恒星死亡的原因。恒星将所有的原子连接在一起，制造不同类型的较重原子，直到它们开始制造铁。铁核不能与其他原子核融合。反应停止了。恒星最终会冷却而死亡。

在地球上，很难启动核聚变反应，释放的能量超过启动反应所需的能量。原因是核聚变反应只有在高温高压下才会发生，比如在太阳上，因为两个核子都带有正电荷，正电排斥正电。停止排斥的唯一方法是使原子核以很高的速度互相撞击。它们只有在高压和高温下才能做到这一点。迄今为止，唯一成功的方法是在核武器上。氢弹使用原子弹（裂变）来启动核聚变反应。几十年来，科学家和工程师们一直在努力寻找一种安全和可行的方法来控制和遏制核聚变反应以产生电力。在聚变能作为清洁能源使用之前，他们仍有许多挑战需要克服。