核聚变（Nuclear fusion）就是小质量的两个原子合成一个比较大的原子，而核裂变(Nuclear fission)就是一个大质量的原子分裂成两个比较小的原子。
这两个过程都会释放出大量的能量。结合可控/不可控，可以将目前的核能研究分为四个方面。目前人类已经实现了可控+不可控的核裂变以及不可控的核聚变，唯一没有实现的就是可控核聚变。正常情况下，两个原子核由于自身都带正电会彼此排斥，这种排斥力被称为库仑斥力，如果想完成核聚变必须要克服库仑斥力才能让原子核聚集到一起。也就是说要给与原子足够高的动能，而原子的高动能的宏观表征就是温度。只有当物质的温度足够高才能使其原子核和电子分开，这种状态的物体被称为"等离子体"。当等离子体中的质子和中子距离在一定范围内，会产生核力，将其聚合在一起，这就是核聚变。不难看出核聚变不但需要高温环境，并且还需要有足够多的原子。也就是说温度T和密度p决定了核聚变产生的功率。而如果希望稳定的输出能量，要保持这样稳定的高温高压的环境足够长的时间。所以封闭时间t也称为聚变的一个重要衡量指标。温度、密度和时间也称为聚变三要素，他们的乘积（）决定了核聚变产生的能量。由于密度提高一般会对封闭空间带来巨大挑战，所以目前一般采用提高温度的方式来增加聚变能量，这也是为什么中国环流器二号M装置将等离子体温度提高到太阳内部温度10倍的原因。
