核聚变反应燃料是从海水中提炼的氢的同位素氘。每1升海水中所蕴含的氘如果提取出来，发生完全的聚变反应，能释放相当于300升汽油燃烧时释放的能量。以此推算，根据目前世界能源消耗水平和海水存量，核聚变能可供人类使用数亿年，甚至数十亿年。
1991年11月9日，欧洲的科学家在英国首次成功地进行了实验室里的受控热核聚变反应试验，从而揭开了核聚变能利用的序幕。核能是指由原子核的链式反应所产生的能量。它有两种来源：一种是由重原子核裂变释放出来的；一种是由轻原子核聚变产生出来的。核聚变是两个或两个以上的较轻原子核（如氢的两种重同位素氘和氚）在超高温等特定条件下聚合成一个较重的原子核时释放出巨大能量的反应。因为这种反应必须在极高的温度下才能进行，所以又叫热核反应。据计算。每千克核燃料完全裂变可以放出93.6万亿焦的热量，相当于3200吨标准煤燃烧放出的热量。而每千克热核聚变燃料聚变放出的热量是核裂变所释放能量的4倍。可见核聚变能是一种崭新的能源。
核聚变能是模仿太阳的原理，使两个较轻的原子核结合成一个较重的原子核并释放能量。1952年世界第一颗氢弹爆炸之后，人类制造核聚变反应成为现实，但那只是不可控制的瞬间爆炸。核聚变能试验装置实际上就是在磁容器中对氢的同位素氘和氚所发生的核聚变反应进行控制。
核聚变反应是指在高温条件下，两个轻核以极高的热速度相互碰撞，发生核聚变，形成一个较重的原子核，并释放出能量。因必须在极高的压力、温度条件下，轻核才有足够的动能去克服静电斥力而发生持续的聚变，因此，聚变反应也称“热核聚变反应”或“热核反应”。
核聚变的原料主要是氢、氘和氚。氘、氚都是氢的同位素。核聚变是取得核能的重要途径之一。用核聚变原理造出来的氢弹是靠先爆发一颗核裂变原子弹而产生的高热，来触发核聚变起燃器，使氢弹得以爆炸。
实现可控核聚变的条件更苛刻。当两个带正电的球相互接近时，它们会互相排斥，只有使用更大的力才能使两者互相接近。可控核聚变也是这样，由于所有的原子核都带正电，当两个原子核越接近时，其静电斥力越大。为了使两个核发生聚变反应，必须使两个原子核的一方或双方有足够的能量，以克服它们之间的静电斥力。而核子之间的吸引力————核力是短程力，只有当两个原子核相互接近达到约万亿分之三毫米时，核力才能起作用。这时由于核力大于静电斥力，使两个原子聚合到一起，并放出巨大的能量。