核聚變（nuclear fusion），又稱核融合、融合反應、聚變反應或熱核反應。核是指由質量小的原子，主要是指氘，在一定條件下（如超高溫和高壓）讓核外電子擺脫原子核的束縛，讓兩個原子核能夠互相吸引而碰撞到一起，發生原子核互相聚合作用，生成新的質量更重的原子核（如氦），中子雖然質量比較大，但是由於中子不帶電，因此也能夠在這個碰撞過程中逃離原子核的束縛而釋放出來，大量電子和中子的釋放所表現出來的就是巨大的能量釋放。這是一種核反應的形式。原子核中蘊藏巨大的能量，原子核的變化（從一種原子核變化為另外一種原子核）往往伴隨著能量的釋放。核聚變是核裂變相反的核反應形式。科學家正在努力研究可控核聚變，核聚變可能成為未來的能量來源。
中國核聚變能源的研發始於20世紀50年代。2007年，中國以平等成員身份加入ITER計劃。ITER計劃是目前全球規模最大、影響最深遠的國際大科學工程之一，由中國、歐盟、俄羅斯、美國、印度、日本、韓國七方三十多個國家在法國共同建造並開展實驗研究。ITER是世界上最大的能產生大規模核聚變反應的超導託卡馬克，俗稱「小太陽」。展品以核聚變反應堆模型為載體，通過多媒體展示核聚變反應堆的結構、工作原理及應用等，以及我國在核聚變領域的技術成果。