Ядреният синтез е реакция, при която две или повече малки атомни ядра се сливат, образувайки по-големи и по-тежки ядра с отделяне на частици и големи количества енергия. При реакциите на ядрен синтез двете реактивни ядра се сблъскват, тъй като и двете са положително заредени, между тях има силна отблъскваща сила, която ще бъде преодоляна само ако реактивните ядра имат много висока кинетична енергия (близо до 100 милиона градуса по Целзий). Тъй като необходимата кинетична енергия се увеличава с ядрения заряд (атомно ядро), реакциите между ядрата с ниско атомно число са най-лесни за производство.
Енергията, произведена в Слънцето, както и в други звезди, идва от сливането на водородни ядра, които образуват хелиеви ядра и гама-лъчение, които са израз на енергията, която се отделя в този процес. Броят на ядрата, които реагират всяка секунда, е огромен, а оттам и освободената енергия, оттам и неудържимата яркост и енергия, с които винаги ни е прикривал. Ядреният синтез е механизмът, който също обяснява произхода на всички различни елементи във Вселената, предполага се, че веднага след експлозията (Големия взрив) се е образувал водород и когато са присъединени малки ядра, са се образували тежки ядра които породиха голямото разнообразие от материали, които сега познаваме.
Екстремните условия на налягане и много висока температура, за да се получат реакции на ядрен синтез (термоядрени реакции), са пречка, пред която са изправени лабораториите по целия свят. При високи температури всички или повечето атоми ще бъдат лишени от електроните си. Това състояние на материята е газообразна смес от положителни йони и електрони, известна като плазма. Съдържането на тази плазма е огромна задача.
Досега ядреният синтез е намерил приложение само във военните функции: водородната бомба или термоядрената бомба; той използва водородни атоми или техните тежки изотопи, деутерий и тритий. За да се осъществи синтезът на тези атоми, е необходимо да се достигне температура с такава величина, че тя може да бъде постигната само с помощта на малка уран или плутониева делителна бомба като детонатор.
Трябва да се отбележи, че сливането на водородни ядра произвежда около 4 пъти повече енергия от деленето на уран. Следователно, когато енергията от ядрен синтез се контролира (някои казват в средата на този век), ядрените реактори, които я използват, ще забравят сегашните, базирани на процесите на ядрено делене. Ако енергията от синтез стане практически осъществима, тя ще предложи следните предимства: 1) горивото е евтино и почти неизчерпаемо, деутерий от океаните; 2) невъзможност за авария в реактора, ако една термоядрена машина спре да работи, тя ще се изключи напълно и незабавно, без опасност от топене, и 3) Това е чист източник на енергия, тъй като процесът генерира малко радиоактивни отпадъци и е по-лесен за работа.
