原子核の分裂によってエネルギーが生成される核分裂反応に対して、核融合反応では2個以上の原子核が激しくぶつかりあって融合し、大量の光子が放出される。恒星が大量の光と熱を発するのは、この核融合反応によってエネルギーを得ているためである。

第二次世界大戦中のアメリカでは、核分裂を利用した爆弾を開発するための研究とあわせて、核融合の研究もおこなわれた。しかし、1946年に核融合原型炉に関する特許を取得したのは、イギリスの2人の研究者だった。この核融合炉は、磁場によってプラズマを封じ込める (これは恒星の内部で起こっている現象と似た仕組みである) Zピンチという概念にもとづいたものだった。その翌年、イギリスの2つのチームが核融合発電を実現するための過去最大の実験をはじめる。アメリカのロスアラモス国立研究所に所属していた別のイギリス人、ジェームズ・タックも複数の核融合反応炉を設計し、後に最大の実験用核融合炉「パーハプサトロン」を開発するに至った。成功の見込みが低いことから、「ひょっとしたら」を意味する英語、「パーハプス」をもじって名づけられた装置だったが、結局その命名は適切だったことになる。実験の結果、いずれの反応炉の設計も安定した反応を生み出せず、核融合が実現することはなかった。

こうした試みにかわり、人為的な核融合の実現は兵器開発者の手に委ねられることになる。1952年、エニウェトク環礁で人類初の核融合爆弾「アイビー・マイク」の実験がおこなわれ、その2年後には15メガトン級の「キャッスル・ブラボー」がビキニ環礁で炸裂した。一方、ソ連も独自の熱核兵器の開発、実験をおこなった。しかしこれらはすべて反応を制御できていない核融合であった。

1950年代から1990年代にかけて、核融合研究は小さなステップを積み重ねながら (そしてたびたび行き詰まりながら)、少しずつ進歩してきた。1991年、イギリスのJET (Joint European Torus、欧州トーラス共同研究施設) の科学者たちは、制御された核融合反応によってエネルギーを得ることについに成功。この後、当然ながら数多くの科学論文が発表され、反応炉を小型化してコストを抑え、より制御しやすくするための改良案が次々に出された。議論のかまびすしい中で、2014年にはロッキード・マーティン社の研究チーム「スカンクワークス」が高ベータ核融合炉の開発計画を発表。出力100メガワットの原型炉を2017年までに建設し、2022年に稼働を開始するとしている。