ปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชัน (fusion reaction) เกิดจากการรวมกันของนิวเคลียสของธาตุที่มีน้ำหนักเบาเพื่อให้เกิดธาตุใหม่ที่มีน้ำหนักมากขึ้น ปฏิกิริยาการรวมตัวกันนี้จะปลดปล่อยพลังงานปริมาณมหาศาลออกมา เรียกว่า พลังงานนิวเคลียร์ฟิวชัน (fusion energy) ซึ่งเป็นกระบวนการตรงข้ามกับปฏิกิริยาฟิชชัน ที่มีการปลดปล่อยพลังงานออกมาจากการทำให้นิวเคลียสของอะตอมของธาตุหนักแตกออก ซึ่งมีการใช้งานในโรงไฟฟ้าพลังงานนิวเคลียร์ในปัจจุบัน อย่างไรก็ดีโอกาสการเกิดปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชันบนโลกนั้นต่ำมาก การจะทำให้นิวเคลียสที่กลายเป็นไอออนประจุบวกเอาชนะแรงผลักไฟฟ้าระหว่างอะตอมและเกิดการหลอมรวมกันได้ ต้องอยู่ในสภาวะที่พลังงาน แรงดัน และอุณหภูมิสูงมากพอ สำหรับสภาวะบนโลกต้องให้อุณหภูมิสูงกว่า 100 ล้านองศาเคลวิน ในสภาวะร้อนจัดเช่นนี้จะทำให้ส่วนผสมของธาตุเบา เช่น ดิวทีเรียม (D) และทริเทียม (T) อยู่ในสถานะพลาสมา ทำให้สามารถบีบอัดหลอมรวมกันและปลดปล่อยพลังงาน ปฏิกิริยาฟิวชันสามารถเกิดจากการรวมตัวกันขององค์ประกอบธาตุต่างๆมากมาย โดยนักวิจัยสนใจปฏิกิริยาฟิวชันดิวเทอเรียม - ทริเทียม (DT) เป็นพิเศษ เนื่องจากผลิตพลังงานได้จำนวนมากและเกิดปฏิกิริยาฟิวชันได้ในอุณหภูมิที่ต่ำกว่าองค์ประกอบอื่นๆ