核聚變是指由質量小的原子，主要是指氘或氚，在一定條件下(如超高溫和高壓)，發生原子核互相聚合作用，生成新的質量更重的原子核，并伴隨著巨大的能量釋放的一種核反應形式。
如果是由重的原子核變化為輕的原子核，叫核裂變，如原子彈爆炸；如果是由輕的原子核變化為重的原子核，叫核聚變，如太陽發光發熱的能量來源。
磁約束核聚變(托卡馬克)、慣性約束核聚變(激光約束、粒子束約束等)、以及比原子彈威力更大的核武器—氫彈，就是利用核聚變來發揮作用的。核聚變能釋放出巨大的能量，氫彈爆炸是非受控的人工核聚變，而受控核聚變具有極其誘人的前景。
輕核聚變與目前核電站的重核裂變相比，有三大優點。一是高效。溫度更高、能量更大；二是安全，全部反應不產生放射性污染物；三是可控性好。聚變反應只要中止燃燒就立即中斷，不會“鏈式延續”。
2006 年9月耗時8年、耗資2億元人民幣由中科院合肥物質科學研究院等離子體所自主設計、自主建造而成的新一代熱核聚變裝置EAST(“人造太陽”實驗裝置)首次成功完成放電實驗，獲得電流200千安、時間接近3秒的高溫等離子體放電。
根據設計，EAST產生等離子體最長時間可達1000秒，溫度將超過1億度。
“人造太陽”的原理，就是在這臺裝置的真空室內加入少量氫的同位素氘或氚，通過類似變壓器的原理使其產生等離子體，然后提高其密度、溫度，使其發生聚變反應，反應過程中會產生巨大的能量。1升海水提取的氘，在完全的聚變反應中釋放的能量，相當于燃燒300升汽油釋放的熱能。因此一旦這種技術成熟，建立了電站，就相當于建立了一個“人造太陽”。
EAST比國際熱核聚變實驗堆ITER在規模上小很多，但兩者的等離子體位形及主要的工程技術基礎是相似的，而EAST至少比ITER早投入實驗運行10年至15年。（ITER是目前世界上最大的國際間科技合作項目之一，總投資約46億歐元，其目標是要建造可控制的核聚變實驗反應堆）。
EAST成為世界上第一個建成并真正運行的全超導非圓截面核聚變實驗裝置，標志著我國磁約束核聚變研究進入國際先進水平。
激光核聚變(ICF)就是利用高功率激光照射核燃料使之發生核聚變反應。高功率的激光會聚到充滿核聚變材料(氘或氚)的小球上，激光的能量將球殼表面燒蝕并離子化，剝離時產生的反作用力使內層材料向內壓縮，使核聚變材料達到極高的溫度和密度從而引發核聚變反應。這就是ICF裝置工作的基本原理。
利用激光核聚變原理建造的發電站稱為可控聚變核電站。這種電站的主要燃料是氫的同位素—氘，氘大量存在于海水中，通過激光核聚變，人類就可以利用激光控制核聚變反應，使核聚變按照人類的需要釋放出相應的能量，從而獲得可控的核聚變能源。
美國的國家點火設施：80年代中期，美國勞倫斯利弗莫爾國家實驗室建造了一個稱為諾瓦的裝置。諾瓦用釹玻璃固體激光的3倍頻作點火光源，波長351納米，脈沖能量45千焦，脈寬2.5納秒（峰值功率為1.8×1013瓦）。
1994年11月，被稱為“國家點火設施”的激光核聚變計劃正式簽發，同時得到能源部“慣性約束核聚變”顧問委員會的贊同，并于1996年的國會預算中獲得0.61億美元的撥款。國家點火設施計劃采用192束351納米波長的激光，總能量為1.8兆焦。
1998年，美國能源部就開始在勞倫斯利弗莫爾國家實驗室啟動“國家點火裝置工程”。這項高能激光核聚變研究工程計總投資為22億美元。它是一項龐大而又復雜的巨型光學工程。其主光路分為六個部分，分別是主激光系統、光束控制系統、激光注入系統、光脈沖發生系統、光開關區域以及終端光束會聚系統，NIF建設和試運轉完成后, 2010年將開始進行正點火實驗。調試工作包括進行一系列優化和測試實驗, 以獲取點火實驗所必需的關鍵激光參數和點火靶參數。
法國“太陽神”及未來計劃：1996年，法國原子能委員會就與美國合作實施一項龐大的模擬計劃—“兆焦激光計劃”，即高能激光計劃，預計2010年前完成，經費預算達17億美元。其主要設施——240臺激光發生器可在20納秒內產生1.8兆焦能量，產生240束激光，集中射向一個含有少量氘、氚的直徑為毫米的目標，從而實現激光核聚變。
日本“新激光Ⅻ”系統：早在20世紀70年代，日本就投入了大量財力、人力和物力進行激光核聚變研究。日本目前正在運轉的有代表性的裝置是大阪大學激光核聚變研究中心建造的“新激光Ⅻ”系統。隨著最近拍瓦（l拍瓦=1015瓦）激光器的迅速發展，該中心正在研究一種“高速點火”方法，其目標是力爭實現點火、燃燒和高增益化。
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