Термоядролық реакция, термоядролық синтез — өте жоғары температурада жүзеге асатын ядролар бірігуі реакциясы. Жеңіл элементтерді (сутек, гелий, литий, т.б.) жүздеген миллион градусқа дейін қыздырғанда, олардың бейтарап атомдарының тұтастығы жоғалып, ядролар мен электрондарға ыдырайды. Нәтижесінде оң зарядты ядролардан, теріс зарядты электрондардан тұратын ерекше орта, жоғары температуралы плазма, пайда болады. Мұндай плазмада ядролар кулондық тебіліс бөгетінен (барьерінен) өте алатын кинетикалық энергияға ие болады:
,
Quick Facts Aтoм ядросы, Ядроның нуклондық моделі ...
мұндағы — Больцман тұрақтысы; — плазма температурасы; және — бөлшектің массасы мен жылдамдығы. Температурасы жүздеген миллион градус болатын ыстық плазмадағы ядролар аса үлкен жылдамдықпен бір-біріне жақындап, ядролық күштердің әрекет аймағына енеді. Сол сәтте-ақ тегеурінді ядролық күш оларды біріктіріп, жаңа ядроны түзеді. Бұл кезде пайда болған масса ақауы есебінен аса мол энергия босап шығады.