核聚變，即輕原子核(例如氘和氚)結合成較重原子核(例如氦)時放出巨大能量。因為化學是在分子、原子層次上研究物質性質，組成，結構與變化規律的科學，而核聚變是發生在原子核層面上的，所以核聚變不屬于化學變化。熱核反應，或原子核的聚變反應，是當前很有前途的新能源。參與核反應的輕原子核，如氫(氕)、氘、氚、鋰等從熱運動獲得必要的動能而引起的聚變反應。
產生可控核聚變需要的條件非常苛刻。我們的太陽就是靠核聚變反應來給太陽系帶來光和熱，其中心溫度達到1500萬攝氏度，另外還有巨大的壓力能使核聚變正常反應，而地球上沒辦法獲得巨大的壓力，只能通過提高溫度來彌補，不過這樣一來溫度要到上億度才行。核聚變如此高的溫度沒有一種固體物質能夠承受，只能靠強大的磁場來約束。由此產生了磁約束核聚變。