La fusion nucléaire, dite parfois fusion thermonucléaire, est un processus où deux noyaux atomiques légers s’assemblent pour former un noyau plus lourd. Cette réaction est à l’œuvre de manière naturelle dans le Soleil et la plupart des étoiles de l'univers.

La fusion de noyaux légers dégage d’énormes quantités d’énergie provenant de l’attraction entre les nucléons due à l’interaction forte (voir énergie de liaison nucléaire). Elle est, avec la fission nucléaire, l’un des deux principaux types de réactions nucléaires appliquées.

Un de ses intérêts est de pouvoir produire théoriquement beaucoup plus d’énergie (de 3 à 4 fois plus), à masse de « combustible » égale, que la fission. De plus, les océans contiennent naturellement suffisamment de deutérium, 33 grammes par m31,2, pour permettre d’alimenter en énergie la planète pendant 100 millions d'années3, (1 m3 d'eau peut potentiellement fournir autant d'énergie que la combustion de 700 tonnes de pétrole)2.

En dépit de travaux de recherche réalisés dans le monde entier depuis les années 1950, aucune application industrielle de la fusion à la production d’énergie n’a encore abouti, en dehors des armes nucléaires avec la bombe H, étant donné que cette application ne vise aucunement à contenir et maîtriser la réaction produite. Il en existe cependant quelques autres usages moins médiatisés, comme les générateurs de neutrons. Actuellement, le Centre d'études scientifiques et techniques d'Aquitaine utilise le principe de fusion au sein du Laser Mégajoule, destiné à assurer la pérennité de la dissuasion nucléaire de la France.

Contrairement à la fission nucléaire, les produits de la fusion eux-mêmes (principalement de l’hélium 4) ne sont pas radioactifs, mais lorsque la réaction utilisée émet des neutrons rapides, ces derniers peuvent transformer les noyaux qui les capturent en isotopes pouvant l’être.

Il ne faut pas confondre la fusion nucléaire avec la fusion du cœur d’un réacteur nucléaire, qui est un