核聚变能也是全世界能源发展的前沿方向，核聚变能由于其燃料来自海水、效率是化石能源的千万倍、没有长期的核废料、没有碳排放等特点，因此被视为未来社会的“终极能源”。如果人类可以掌控这种能量，就能摆脱目前地球的能源与环境危机的困扰。
可控核聚变所需要的原料是氢元素中的两个同位素氘和氚。氘可从海水中提取，氚可以由地球上储量非常丰富的锂生成。一立方公里海水所含的氘经过聚变反应产生的能量就相当于地球上所有石油储备产生的总能量。
但人类若想要在地球上成功实现受控热核聚变反应，从而获得巨大能量，就必须创造三个必要条件。一是极高的温度，以使氘氚燃料成为超过1亿摄氏度的热等离子体；二是极高的密度，以使氘氚原子核发生量子隧穿的概率变大，而且便于将聚变产生的阿尔法粒子能量留下来继续参与核聚变反应；三是等离子体在有限的空间里被约束足够长时间。
到目前为止，人类对受控核聚变的研究主要分为两类。一是磁约束核聚变，也就是用特殊形态的磁场把氘、氚等轻原子核和自由电子组成的、处于热核反应状态的超高温等离子体约束在有限的体积内，使它受控制地发生大量的原子核聚变反应，释放出能量，典型的实验装置如中科院合肥物质科学研究院的全超导托卡马克核聚变实验装置（EAST）。二是激光核聚变，这是以高功率激光作为驱动器的惯性约束核聚变，典型实验装置如我国的神光激光装置和美国的国家点火装置。