[요약] 수소나 헬륨 등이 핵융합 반응을 하면서 내 놓는 에너지를 이용하여 발전하는 것을 말한다. 핵융합 반응이란 수소 등과 같은 가벼운 원자가 엄청난 압력과 엄청난 온도 등의 특수한 조건 하에서 서로 결합하여 헬륨 등의 무거운 원자로 변하는 것이다. 그런데 핵융합 반응 결과 생긴 헬륨의 원자핵의 질량이 반응에 참가한 수소 원자핵들의 질량보다 작다. 이 결손된 질량이 아인슈타인의 질량 에너지 등가 공식 E = mc²에 의하면 에너지로 전환되는 것이다. 핵융합 발전을 하는 경우, 바닷물에 들어 있는 중수를 사용하므로 핵융합 발전 방식은 연료가 고갈될 염려가 없으며, 우라늄을 사용하는 원자력 발전소의 경우처럼 방사성 폐기물을 만들지도 않는다. 또, 적은 양의 연료로 많은 에너지를 생산할 수 있다는 장점이 있다.