核聚变，即轻原子核（氘和氚）结合成较重的原子核（氦）时放出巨大能量。
热核反应，或原子核的聚变反应，是当前很有前途的新能源。参与核反应的轻原子核，如氢（氕）、氘、氚、锂等从热运动获得必要的动能而引起的聚变反应（参见核聚变）。热核反应是氢弹爆炸的基础，可在瞬间产生大量热能，但目前尚无法加以利用。如能使热核反应在一定约束区域内，根据人们的意图有控制地产生与进行，即可实现受控热核反应。这正是目前在进行试验研究的重大课题。受控热核反应是聚变反应堆的基础。聚变反应堆一旦成功，则可能向人类提供最清洁而又是取之不尽的能源。
定义
核聚变是指由质量小的原子，主要是指氘或氚，在一定条件下（如超高温和高压），生原子核互相聚合作用，生成新的质量更重的原子核，并伴随着巨大的能量释放的一种核反应形式。原子核中蕴藏巨大的能量，原子核的变化（从一种原子核变化为另外一种原子核）往往伴随着能量的释放。如果是由重的原子核变化为轻的原子核，叫核裂变，如原子弹爆炸；如果是由轻的原子核变化为重的原子核，叫核聚变，如太阳光热的能量来源。
相比核裂变，核聚变几乎不会带来放射性污染等环境问题，而且其原料可直接取自海水中的氘，来源几乎取之不尽，是理想的能源方式。
目前人类已经可以实现不受控制的核聚变，如氢弹的爆炸。但是要想能量可被人类有效利用，必须能够合理的控制核聚变的速度和规模，实现持续、平稳的能量输出。科学家正努力研究如何控制核聚变，但是现在看来还有很长的路要走。
目前主要的几种可控核聚变方式：
超声波核聚变
激光约束（惯性约束）核聚变
磁约束核聚变（托卡马克）
补充内容
每克氘聚变时所释放的能量为5.8x108kj，大于每克铀235裂变时所释放的能量（8.2x107kj）。从能源的角度考虑，核聚变有几个方面比核裂变优越：其一，聚变产物是稳定的氦核，没有放射性污染产生，没有难于处理的废料；其二，聚变原料氘的资源比较丰富，在海水中氘和氢之比为1.5x10－4∶1，地球上海水总量约为1018吨，其中蕴藏着大量的氘，提炼氘比提炼铀容易得多。遗憾的是这个聚变反应需要非常高的温度，以克服两个带正电的氘核之间的巨大排斥力（从理论计算，要克服这种库仑斥力需要109c的高温）。氢弹的制造原理，就是利用一个小的原子弹作为引爆装置，产生瞬间高温引上述聚变反应生强烈爆炸。氢元素的几种同位素之间能生多种聚变反应，这种变化过程存在于宇宙之间，太阳辐射出来的巨大能量就来源于这类核聚变。但我们目前尚没有办法在地球上利用这类核聚变电，怎样能取得这样高的温度？用什么材料制造反应器？怎样控制聚变过程等各种问题尚无答案。
补充：中国核聚变装置的最新消息：
新华网合肥9月29日电（记者喻菲蔡敏程士华）世界领先的中国新一代热核聚变装置ast28日次成功完成了放电实验，获得电流200千安、时间接近3秒的高温等离子体放电。
负责这一项目的中国科学院等离子体所所长李建刚研究员在接受新华社记者采访时说，此次实验实现了装置内部1亿度高温，等离子体建立、圆截面放电等各阶段的物理实验，达到了预期效果。
工艺鉴定组专家、中科院基础科学研究局金铎研究员在实验后的新闻布会上宣布，ast通过国家“九五”大科学工程工艺鉴定。参与ast研究合作的美国通用原子能公司盖瑞·杰克逊博士说：“ast成为世界上第一个建成并真正运行的全超导非圆截面核聚变实验装置，它将在未来10年内保持世界先进水平。”
据了解，ast装置是中国耗时8年、耗资2亿元人民币自主设计、自主建造而成的。
记者在实验控制室看到，这个近似圆柱形的大型物体由特种无磁不锈钢建成，高约12米、直径约5米，据介绍其总重量达400吨。
李建刚研究员说，与国际同类实验装置相比，ast是使用资金最少、建设速度最快、投入运行最早、运行后获得等离子放电最快的先进核聚变实验装置。
“这意味着人类在核聚能研究利用领域取得重大进步，也标志着中国在这一领域进入国际先进水平”，李建刚说。
人们认识热核聚变是从氢弹爆炸开始的。氢弹爆炸时释放出极大的能量，给人类带来的是灾难。而科学家们却希望明一种装置，可以有效地控制“氢弹爆炸”的过程，让能量持续稳定的输出，以解决人类面临的能源短缺危机。
美、法等国在20世纪80年代中期起了耗资46亿欧元的国际热核实验反应堆（tr）计划，旨在建立世界上第一个受控热核聚变实验反应堆，为人类输送巨大的清洁能量。这一过程与太阳产生能量的过程类似，因此受控热核聚变实验装置也被俗称为“人造太阳”。
中国于2003年加入tr计划。位于安徽合肥的中科院等离子体所是这个国际科技合作计划的国内主要承担单位，其研究建设的ast装置稳定放电能力为创记录的1000秒，超过世界上所有正在建设的同类装置。
ast大科学工程总经理万元熙教授说，与tr相比，ast在规模上小很多，但两者都是全超导非圆截面托卡马克，即两者的等离子体位形及主要的工程技术基础是相似的，而ast至少比tr早投入实验运行10至15年。因此，无论从人才培养和奠定工程技术及物理基础的角度上说，ast都将为tr计划做出重要的、实质性的贡献，并进而为人类开和最终使用核聚变能做出重要贡献。
不过，万元熙研究员说，虽然“人造太阳”的奇观在实验室中初现，但离真正的商业运行还有相当长的距离，它所出的电能在短时间内还不可能进入人们的家中。但他预测，根据目前世界各国的研究状况，这一梦想最快有可能在30－50年后实现。