核聚變是使很輕的原子核在異常高的溫度下合并成較重的原子核的
聚變反應為例：
根據公式 ΔE=Δmc2
和1.00867g·mol-1，所以
Δm=｛（4.000150＋1.00867）-（2.01355＋3.01550） ｝g·mol-1
＝-0.01888g·mol-1
ΔE＝Δmc2＝（-0.01888g·mol-1）×（2.9979×108m·s-1）2
＝-1.697×1015g·m2·s-2mol-1
＝-1.697×109kJ·mol-1
對于1.000g的核燃料來說，因H-2和H-3的摩爾質量分別為2.014和3.016g·mol-1，所以
比1g U-235的裂變能（8×107kJ）還要大。即1g燃料核聚變所產生的能量約為核裂變相應能量的4倍。
核聚變反應也稱為熱核反應。氫彈爆炸也是熱核反應。不過，氫彈的能量不是逐步放出來的，而是以爆炸的形式一下子放出來的。所以，利用這些能量就很不容易。如果能夠控制核聚變反應，使能量逐步釋放出來。那么，就可以利用核聚變能來發電，這就是受控核聚變反應。
實現受控核聚變反應，先要將氘、氚等核燃料加熱到很高的溫度（大約要1億度以上），在這樣高的溫度下，氘、氚等氣體原子將全部發生電離，變成帶正電的離子和帶負電的自由電子，這種由離子和電子組成的氣體稱為等離子體。等離子體的溫度越高，密度越大，約束時間（維持高溫的時間）越長，放出的能量就越多。當溫度達到臨界時，放出的能量足以加熱下一次添加的氘氚燃料，聚變反應就可以持續下去，這時就稱為受控核聚變的“點火”。