La fusion nucléaire consiste à regrouper deux noyaux très léger en un noyau plus lourd pour récuperer l'énergie de liaison libérée, le noyau obtenu étant plus stable que les noyaux de départ. En principe, la fusion est capable de fournir des quantités phénoménales d'énergie à partir de noyaux assez courants dans la nature, mais ces noyaux ont des charges électropositives qui les repoussent violemment si l'on tente de les rapprocher. Il faut donc leur communiquer une énergie suffisante pour vaincre cette répulsion. L'énergie nécessaire est de plusieurs dixaines de millions de degrés, ce qui est incompatible avec la présence de corps solides pour les maintenirs confinés. Par contre la fusion peut être facilement obtenu sous une forme explosive, par échauffement des atomes légers à l'aide de l'explosion d'une bombe A. C'est la bombe à Hydrogène ou bombe H.
Pour réaliser des réactions de fusion contrôlées, afin de réaliser des centrales électriques, il faut d'une part montée la température d'au 100 millions de degrés. À cette température les atomes ont perdus leurs électrons, et ce présentent sous forme de plasma, 4e état de la matière. Il faut aussi maintenir le mélange échauffé dans un temps suffisament long, c'est le critère de Lawson.
Une réaction de fusion de type deutérium + tricium -> He (à 4 nucléons) + neutron libèrent environ 17,6 MeV d'énergie soit environ 28*10^10 joules par gramme. Le jour où la technique sera controlable, le bilan énergétique sera largement positif. La fusion nucléaire à d'autres intérêts que la superpuissance de ses réactions, c'est aussi une énergie presque inépuisable, car le deutérium et le tricium, isotopes de l'hydrogènes, sont en quantités abondantes dans l'eau, et de plus les déchêts sont peu polluants : l'Hélium produit est inofensif (non radioactif).
On comprend donc pourquoi ont commencé de nombreux projets de recherche sur la fusion nucléaire. Deux procédés sont envisagés pour concentrer les ions :
- le confinement magnétique : les ions sont confinés dans des champs magnétiques et échauffés par induction. Le système magnétique le plus utilisé est le tokamak : le plasma est confiné dans un tore. Les scientifiques arrivent à obtenir soit la température, soit la condition de Lawson, mais pas les deux en même temps, des progrès restent donc à faire.
- le confinement inertiel est l'autre solution envisagée : il consiste à condenser et à échauffer le mélange d+t brutalement. En fait de petites billes de mélange sont échauffés et comprimés en moins d'un milliardième de seconde par de puissants lasers de plusieurs térawatt (10 puissance 12) de puissances. Les recherches sur de tels lasers pouvant servir à la réalisation d'armes nucléaire, on connait mal les résultats obtenus. Mais le confinement inertiel semble toutefois connaitre de grandes difficultés après quelques brillants succès en 1975 et 1985.
L'énergie inépuisable et bon marché de la fusion n'est pas encore à porter de main : quelque soit la technique envisagée, il faudra sans doute encore des décennies de recherche et de dévellopement avant d'obtenir les premiers kilowatts utilisables...