En física nuclear, la fusión nuclear (no confundir con la fisión nuclear) es una reacción nuclear en la que varios núcleos atómicos se unen y forman un núcleo más pesado.[1]​ Estas reacciones son, en general, exotérmicas cuando ocurre entre átomos más ligeros que el hierro y endotérmicas si son más pesados. Esta energía absorbida o cedida durante la reacción se debe al efecto conocido como defecto de masa. Las reacciones de fusión, mediadas por la interacción nuclear fuerte, ocurren cuando los átomos ligeros que van a fusionarse disponen de la suficiente energía como para vencer a las fuerzas electromagnéticas que los repelen. Estas condiciones solo se dan a gran temperatura, cuando la materia que forman estos átomos está en estado de plasma. La fusión nuclear es, por tanto, el proceso inverso de la fisión nuclear, reacción nuclear en la que un átomo pesado da lugar a dos átomos más ligeros.[2]​
Dada la temperatura necesaria, en la naturaleza este tipo de reacciones solo pueden observarse en el núcleo de las estrellas, donde las temperaturas son del orden de decenas de millones de Kelvin. La energía liberada en las reacciones de fusión que ocurren en las estrellas es, de hecho, la principal fuente de energía de estas. Además, estas reacciones de fusión que ocurren en las estrellas son una de las principales fuentes de creación de los elementos químicos pesados existentes en la naturaleza, en un proceso conocido como nucleosíntesis estelar.[2]​
Artificialmente también pueden llevarse a cabo reacciones de fusión, aunque debido a las condiciones de temperatura necesarias, el control de estas reacciones es un reto tecnológico aún no resuelto. La primera aplicación de la fusión nuclear llevada a la práctica fue la invención de la bomba de hidrógeno. En la actualidad también se investiga cómo mantener las condiciones necesarias para que ocurran las reacciones de fusión nuclear de manera controlada y poder así generar energía eléctrica a partir de ella. En particular, dado que la energía liberada durante la reacción es mayor cuanto menor sea la masa de los átomos intervinientes, suelen investigarse las reacciones de fusión que ocurren entre distintos isótopos del hidrógeno. Para el control de la reacción existen distintos conceptos en desarrollo, fundamentalmente el confinamiento inercial y el confinamiento magnético. Esta investigación se lleva a cabo en distintos laboratorios y organizaciones del mundo, siendo la más destacada el proyecto ITER fruto de la colaboración internacional y centrado en el confinamiento magnético.[2]​