Fuusioenergia on energian uuttamista sidoksista atomien ytimien hiukkasiin sulattamalla nämä ytimet yhteen. Suurimman energian saamiseksi on käytettävä kevyitä elementtejä ja isotooppeja, kuten vetyä, deuteriumia, tritiumia ja heliumia. Fuusio on toisin kuin fissio, prosessi, jossa energiaa syntyy hajottaen raskaat ytimet, kuten uraani tai plutonium. Molempia pidetään ydinenergiana, mutta fissio on helpompaa ja paremmin kehittynyttä. Kaikki nykyiset ydinvoimalat toimivat fissioenergiaan perustuen, mutta monet tutkijat toivovat, että fuusioenergiaan perustuva voimalaitos kehitetään ennen vuotta 2050.
On olemassa ydinpommeja, jotka perustuvat sekä fissioenergiaan että fuusioenergiaan. Perinteiset A-pommit perustuvat halkeamiseen, kun taas H-pommit tai vetypommit perustuvat fuusioon. Fuusio muuntaa aineen tehokkaammin energiaksi ja tuottaa enemmän lämpöä ja lämpötilaa, kun prosessi kanavoidaan ketjureaktioksi. Näin ollen H-pommien saanto on korkeampi kuin A-pommien, joissakin tapauksissa yli 5,000 kertaa suurempi. H-pommit käyttävät halkeamatehostinta saavuttaakseen ydinfuusion vaaditun lämpötilan, joka on noin 20 miljoonaa Kelvin-astetta. H-pommissa noin 1% reaktiomassasta muuttuu suoraan energiaksi.
Fuusioenergia, ei halkeama, on energiaa, joka antaa voiman auringolle ja tuottaa kaiken sen lämmön ja valon. Auringon keskellä noin 4.26 miljoonaa tonnia vetyä sekunnissa muuttuu energiaksi, mikä tuottaa 383 yottawattia (3.83 × 1026 W) tai 9.15 × 1010 megatonnia TNT: tä sekunnissa. Tämä kuulostaa paljon, mutta se on itse asiassa melko lievä ottaen huomioon auringon kokonaismassa ja tilavuus. Auringon ytimen energiantuotantonopeus on vain noin 0.3 W/m3 (wattia kuutiometriä kohti), mikä on yli miljoona kertaa heikompi kuin hehkulampun sähköntuotanto. Vain koska ydin on niin valtava ja sen halkaisija vastaa noin 20 maata, se tuottaa niin paljon kokonaisenergiaa.
Tiedemiehet ovat useiden vuosikymmenten ajan pyrkineet hyödyntämään fuusioenergiaa ihmisten tarpeisiin, mutta tämä on vaikeaa korkeiden lämpötilojen ja paineiden vuoksi. Fuusioenergiaa käyttämällä pienen kuulalaakerin kokoinen polttoaineyksikkö voi tuottaa yhtä paljon energiaa kuin tynnyri bensiiniä. Valitettavasti kaikki yritykset fuusiovoiman tuotantoon ovat vuodesta 2008 lähtien kuluttaneet enemmän energiaa kuin ovat tuottaneet. On olemassa kaksi perusmenetelmää – käytä magneettikenttää pakkaamaan plasma kriittiseen lämpötilaan (magneettinen sulkufuusio) tai sytytä laserit kohteeseen, joka on niin voimakas, että ne lämmittävät sen fuusion kriittisen kynnyksen jälkeen (inertiaalinen sulkufuusio). Molemmat lähestymistavat ovat saaneet merkittävää rahoitusta, ja National Ignition Facility (NIF) yrittää inertiaalista sulkeutumista ja tulee käyttöön verkossa vuonna 2010, ja International Thermonuclear Experimental Reactor (ITER) yrittää magneettisen sulkeutumisen fuusiota ja tulee verkkoon vuonna 2018.