兩個較輕的原子核在一定條件下能夠合成出一個較重的原子核,同時依靠質量虧損釋放出大量的能量。人類能夠實現的核聚變主要是用的氫元素的兩種同位素氘和氚,氫元素的原子核裡只有一個質子,有一個中子的是氘,有兩個中子的是氚,沒有中子的是氕。
哪些元素可以通過聚變釋放出能量,哪些元素可以通過裂變釋放出能量與比結合能有關。一般而言,比結合能越小,就越能夠聚變成新元素,並且釋放出的能量也相對較多。如下圖所示,氘的比結合能較小,非常適合用來做核聚變材料。氫彈就是用氫的同位素氘和氚製造的,所以它叫氫彈,不叫氦彈或鐵蛋。
之所以不用氕,是因為氕的原子核中只有一個質子,兩個質子靠近時會有非常大的庫侖力阻力。要是氕核發生聚變,需要有恆星上才能實現的高溫高壓,地球上沒有這種條件,人類也沒有創造出這樣的條件。氘核和氚核中因為有中子,中子能夠參與強相互作用使得氘核及氚核能夠比較容易結合在一起。同時
要想實現太陽上那樣的質子質子鏈反應,需要至少90倍質量的木星。這樣一顆星球中心處的高溫和高壓剛好可以點燃質子和質子的核聚變。但是還不能點燃更大質量核素的核聚變,因為點燃更大質量核素的核聚變需要更高的條件。那樣的條件對人類來說目前還是不敢奢求的。