慣性約束核聚變 (Inertial Confinement Fusion)實際上是一種“不約束”核聚變，它與磁約束方案采用截然不同的思路，通過在極短時間(<10)內對聚變燃料輸入極高密度的能量，使得燃料核聚變的時問尺度遠快于庫倫爆炸的時間尺度，因此慣性聚變所涉及的物理也與磁約束聚變十分不同。
上世紀四五十年代，人類能夠實現如此高的能量密度輸出的方案只有一個——原子彈爆炸。氫彈就是利用原子彈核裂變爆炸瞬間產生的能量引發核聚變的，可以大約歸為慣性核聚變的范疇，但這一過程是不可控的。
因為核裂變爆炸的臨界質量決定了它的破壞力是有最低限度的，人類直到現在還無法制造出小型氫彈或者純核聚變氫彈，并且核爆所產生的核污染也是人類無法接受的，而傳統核裂變反應堆的可控鏈式反應產能又太過溫和。
所以，人類必須找到可以替代核裂變爆炸的高密度能量源來“點燃”核燃料，隨著激光和粒子加速技術的發展，人類有了新的高密度能量源。
二十世紀六七十年代，人們曾經以為核聚變成功點火很快就能實現，因為慣性約束點火所需的能量以人類當時的技術水平似乎并不難達到，而直到五十年后的2022年，人類才第一次勉強實現能量增益點火。
這是因為在點火過程中，無論激光還是粒子束，它們的大部分能量都不會用來點燃聚變燃料如下圖所示：
而最終輻照到靶丸上的能量也會由于各種不穩定性損失掉一部分，所以如何提高加熱效率成為了 ICF 最重要的研究課題。
傳統的ICF 點火過程如圖 (a)所示：
燃料靶丸形狀為球體，最外層為燒灼層，中間層為氛氟燃料固態或液體，最內層為氣氛燃料氣體，當激光或者粒子束能量源均勻的輻射到靶丸表面時，燒灼層開始劇烈燃燒濺射，并向內壓縮燃料球使其內爆至原體積的 90%。
內爆過程使得燃料極速升溫并進入等離子體狀態。
此時的等離子體的徑向參數整體上呈現中心溫度高，密度低的狀態，這是由點火前的燃料分布決定的中心高溫區若到達 Lawson判據則會發生大量熱核聚變反應，所生成的能量向外傳播進一步點燃所有外層燃料，使得整個靶丸內的大部分氛氛燃料都通過聚變反應消耗掉。
這樣就完成了一次ICF 點火，這種點火方式為直接驅動點火，而現在更多被實驗采用的點火方式為間接驅動點火，如圖(b)所示：
間接點火方案將燃料靶丸置于一個圓柱形黑體輻射空腔內，多束激光從空腔的上下兩端對稱入射，首先加熱空腔內壁，形成高能X射線均勻的輻照在燃料靶丸上，通過X射線間接完成壓縮加熱點火的步驟。
目前世界上最大間接點火實驗裝置為美國國家點火裝置(National Ignition Facility)，NIF也是世界上最大的慣性聚變實驗設備，裝備了世界上能量最高的激光器，192路激光將MJ量級的能量輸入當毫米量級大小的氣氛燃料靶丸內，如圖所示：
ICF點火的過程大致可以和內燃機一次爆燃循環類比，它們都需要經過壓縮、點火、爆燃三個階段傳統的ICF 點火更像是柴油發動機：霧化柴油被活塞壓縮到一定密度將自動爆燃，而汽油發動機則需要在燃料被壓縮到最大密度的同時通過火花塞點火.類似汽油機這樣點火的聚變方案就是快點火。
快點火是上世紀 90 年代由Max Tabak等人設計的一套效率更高的ICF點火方案，如圖(c)：
其主要思想是將燃料壓縮過程與點火過程分離開來，首先將燃料壓縮成沒有熱斑產生相對低溫高密度狀態，然后利用皮秒拍瓦量級的超短超強激光加熱預壓縮過的靶丸，產生MeV量級的超熱電子加熱離子以實現點火。
這一技術的開發也得益于啁啾脈沖放大(Chirped Pulse Amplification,CPA)技術的出現。它使得在更短時間內更高激光能量密度的輸入成為可能。
近年來，快點火的研究在國內也有不少發展.中國人大王偉民教授團隊2015年提出了磁場輔助的快點火方案，模擬發現該方案中被強磁場約束的快電子能有效提高激光強度。
九院團隊發現超熱電子束在被壓縮成長條形的靶丸中傳輸產生的感生磁場能有效約束燃料等離子體，從而大幅增加聚變中子產額。
上海交通大學張杰院士團隊在2020年正式發表了雙錐對撞點火方案，DCI點火有四個主要物理過程：準等壓縮，加速，對頭碰撞以及燃料快速加熱。如圖所示：
兩個相對放置的金錐內裝填有燃料殼層，經過激光燒蝕內爆后從金錐噴口以上百千米每秒的速度噴出，兩團經過了等熵壓縮的高速高密度燃料對頭碰撞將動能轉化為熱能且獲得更高的密度。
與此同時，由ns激光產生的強磁場引導兩束ps激光產生的MeV量級電子被注入到燃料中進行輔助點火研究發現金錐可以有效減少壓縮燃料所需的能量。而對頭碰撞可以將 300g/cc的燃料預熱到上千個電子伏特(上千萬度)。
慣性約束聚變的物理研究比磁約束更加依賴于計算機模擬，這是因為磁約束裝置中存在一個穩態運行的平衡等離子體，圍繞這一平衡所產生的不穩定性相對于平衡本身十分微小，這樣的微小擾動與平衡等離子的幾何位形耦合形成了豐富線性物理，線性物理的結果大部分情況下都可以解析或者半解析地得到。
盡管真實磁約束裝置的物理過程肯定是由非線性物理主導的，但這些非線性現象可以在一定程度上基于線性模式之間的相互作用來研究。
而在慣性聚變中，燃料靶丸點火爆燃的過程幾乎沒有線性物理存在的空間，等離子體作為一個整體在極短的時間內發生毀滅性的演化,這樣的完全非線性過程只能通過計算機來模擬，而幾乎完全沒有解析計算的空間。
當然，無論是慣性還是磁約束，隨著聚變能源科學的工程化，留給理論學家的工作已經越來越少了，這并不意味著解析理論的重要性在降低，它仍然是分析模擬實驗結果、理解現象背后物理內涵的重要工具。
高能量密度物理系統一般指原子間平均相互作用約為leV量級的系統，原子平均體積為10-30m-3量級因此高能量密度是指1011J/m或1Mbar量級的能量密度量子等離子體這一概念其實離我們并不遙遠。
實際上，常溫的金屬就可以理解為一種廣義上的量子等離子體，因為金屬中的自由電子與等離子體中的電子的行為是十分類似的,而金屬的密度又遠高于經典的等離子體（如塵埃等離子體和磁約束聚變等離子體），其中電子的行為必須要用量子力學來描述。
上個世紀的慣性約束實驗都是高溫高密度的，因此ICF的研究一般不涉及到量子效應，而隨著近二十年來慣性約束實驗的發展，越來越多的實驗室產生了簡并的量子等離子體。
事實上，類似快點火和雙錐點火這樣先壓縮再點火的慣性點火方案通常都將產生量子簡并等離子體。
另一方面，在天體物理中，高能量密度系統是十分常見的。比如巨行星、褐矮星以及行星內核的起源和演化過程，星際物質的透射率，簡并等離子體對流(如氮閃)，燃燒等離子體等研究都依賴于人們對高能量密度系統的理解，高能量密度天體的研究也得益于實驗技術水平發展，人們能夠在實驗室模擬天體中的極端環境。
