质量较小的核通过核反应合成质量较大的过程称为核聚变。即两个轻原子核，形成一个较重原子核。如氘和氚聚合成氦。聚变反应跟裂变反应一样，在形成原子核时候会放出结合能，释放出能量，就是聚变能。太阳能就是来源于核聚变反应。目前，人们对受控核聚变反应的研究虽已取得一定成就，但离实际应用，实现聚变堆商业发电还有相当的距离。