Ydinfuusio on prosessi, jossa useat atomit, joilla on sama varaus, liittyvät yhteen muodostaen raskaamman ytimen. Joissakin tapauksissa massasta riippuen energiaa voi vapautua tai imeytyä tämän prosessin aikana. Se on erittäin tärkeä energialähde.
Vaikka se sekoitetaan usein ydinfissioon, todennäköisesti samanlaisen nimen ja – joskus – samanlaisten tulosten vuoksi, ydinfuusio on hyvin erilainen prosessi. Ydinfissio sisältää atomin ytimen halkaisemisen, mikä yleensä aiheuttaa suuren energian vapautumisen, kuten nähdään ydinpommissa. Näin myös useimmat ydinvoimalat tuottavat energiaa.
Ydinfuusio ihmisen tekemän energian lähteenä on edelleen suurelta osin kehitysvaiheessa, vaikka jotkut fuusiovoimalaitokset ovat verkossa. Suurin osa tällä tavalla tuotetusta energiasta, joka hyödyttää ihmisiä ja muita elämänmuotoja, tulee auringosta. Fuusio on prosessi, jossa kaikki tähdet tuottavat energiaa.
Ydinfuusion tuottamisen ongelma on saada kaksi atomia, joilla on sama varaus, lähellä toisiaan, koska nämä atomit yleensä hylkivät toisiaan eivätkä liiku yhdessä. Yhdistettynä ydinvoima alkaa kuitenkin ottaa vallan. Tämä voima houkuttelee kahden tai useamman atomin ytimet toisiaan kohti ja aloittaa fuusioprosessin, mutta tämä tapahtuu vain, jos ne ovat riittävän lähellä.
Jotta ytimet saataisiin tarpeeksi lähelle toisiaan sulautuakseen, on löydettävä jokin tapa saada atomit yhteen. Useimmissa tapauksissa tämä saavutetaan erittäin korkealla lämmöllä. Lämpö saa atomit nopeutumaan, jolloin ne voivat voittaa sähkömagneettiset taipumuksensa torjua toisiaan. Vaikka tämä voi aluksi vaatia paljon energiaa, tuloksena oleva energia on usein paljon suurempi kuin mitä alun perin laitetaan sisään. Joissakin tapauksissa räjähdyksen aiheuttama lämpö voi aiheuttaa jatkuvia ydinfuusioreaktioita, joita kutsutaan omavaraisiksi reaktioiksi. Tähdet ovat hyvä esimerkki tästä.