Fuusioreaktio tapahtuu, kun ytimet yhdistyvät yhdeksi ytimeksi ja vapauttavat suuria määriä energiaa prosessissa. Useimmissa tapauksissa lämpötilat, joissa tämä tapahtuu, ovat erittäin korkeita – luokkaa miljoonia celsiusasteita.
Kylmäfuusio on kattava termi kaikille ydinfuusioreaktioille, jotka tapahtuvat huomattavasti alle normaalilämpötilojen, mutta jota käytetään useimmiten kuvaamaan matalan lämpötilan reaktiota, joka voidaan saavuttaa käyttämällä suhteellisen normaaleja koeolosuhteita.
Deuteriumia (vetyisotooppia) pidetään useimmiten parhaana mahdollisena kylmäfuusioon perustuvan energian lähteenä. Se on helposti saatavilla, siinä on vähän jätettä ja se tuottaa suuria määriä energiaa. Tästä syystä suurin osa kylmäfuusion alalla tehdyistä töistä käyttää erilaisia katalyyttejä, joiden tarkoituksena on aiheuttaa matalan lämpötilan reaktio deuteriumin kanssa.
Tällä hetkellä ei ole johdonmukaista tekniikkaa kylmäfuusioreaktion tuottamiseksi, joka tuottaa enemmän energiaa kuin mitä tarvitaan reaktion ylläpitämiseen.
Nykyinen kylmää fuusiota koskeva tutkimus on parhaimmillaan täplikäs 1980 -luvun lopulla tapahtuneen jännityksen jälkeen, joka ei onnistunut. Pons-Fleishman-kokeissa käytettiin dideuteriumoksidia (raskasta vettä) ja hyvin yksinkertaista laitetta. Vaikka he loivat lyhyen yleisen kiinnostuksen nousun, muut tutkijat pitivät tuloksia mahdottomina toistaa, ja niin tiedeyhteisön kiinnostus väheni nopeasti.
Kaikki tunnetut tekniikat, joiden on oletettu tuottavan ylimääräistä energiaa reaktiossa (viittaa kylmään fuusioon), näyttävät uhkaavan nykyistä ymmärrystä ydinfysiikasta. Kaksi pääasiallista argumenttia, joita käytetään kylmäfuusioreaktion perusteluun (palladium katalyyttinä tai deuteriumin fuusioksi heliumiksi 4), eivät kestä suurta tarkastelua: deuteriumin tiheys palladiumsauvassa ei näytä riittävältä fuusion aikaansaamiseksi, ja gammasäteiden puute osoittaa, että heliumia 4 ei tuoteta.
Tällä hetkellä Yhdysvaltain energiaministeriö suosittelee, että kylmäfuusion tutkimukseen ei myönnetä lisärahoitusta – pieniä myönnytyksiä satunnaisiin menoihin erityisen kiehtoviin kokeisiin. Yleisen tieteellisen laitoksen mielestä se on saavuttamaton tavoite, samanlainen kuin yhtenäinen kenttäteoria tai aikamatka.