核聚变，即轻原子核(例如氘和氚)结合成较重原子核(例如氦)时放出巨大能量。因为化学是在分子、原子层次上研究物质性质，组成，结构与变化规律的科学，而核聚变是发生在原子核层面上的，所以核聚变不属于化学变化。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。
产生可控核聚变需要的条件非常苛刻。我们的太阳就是靠核聚变反应来给太阳系带来光和热，其中心温度达到1500万摄氏度，另外还有巨大的压力能使核聚变正常反应，而地球上没办法获得巨大的压力，只能通过提高温度来弥补，不过这样一来温度要到上亿度才行。核聚变如此高的温度没有一种固体物质能够承受，只能靠强大的磁场来约束。由此产生了磁约束核聚变。