A energia nuclear não é liberada apenas por fissão. A fusão nuclear também pode pode liberar grandes quantidades de energia. Na fusão, dois núcleos atômicos se juntam, formando um elemento químico mais pesado. A fusão nuclear é, portanto, um processo inverso à fissão nuclear. Para haver fusão, a matéria precisa ser transformada em plasma atômico. A palavra plasma indica um gás que, embora sendo eletricamente neutro em seu conjunto, é constituído de partículas dotadas de cargas elétricas de sinais opostos, ou seja, de íons e elétrons. O universo é constituído, em sua quase totalidade, de plasmas, já que as estrelas, em conseqüência de sua elevada temperatura, quase não contêm mais átomos neutros, mas apenas íons atômicos e elétrons.
Para se obter energia a partir de reações nucleares de fusão, é necessário produzir, aqui na Terra, um plasma semelhante ao que existe na parte central de estrelas como o Sol, ou seja, com temperaturas extremamente altas.
O homem não conseguiu, ainda, desenvolver um processo para controlar a fusão nuclear. As bombas atômicas de hidrogênio, que são as armas de maior poder destrutivo já inventadas pelo homem, explodem por fusão nuclear não controlada.