La fusión nuclear es el proceso en el que dos (o más) núcleos atómicos se combinan para dar lugar a un distinto elemento. Ejemplo clásico es la fusión de dos átomos de hidrógeno en uno de helio (reacción principal en las estrellas).
Para que se lleve a cabo una reacción de fusión han de existir unas condiciones de presión y temperatura enormes (como la que se da en los núcleos de las estrellas) y a su vez, es extremadamente energética (compensando el gasto de energía requerido para la reacción) teniendo en cuenta que la energía producida en los núcleos de las estrellas gracias a estas estrellas es capaz de mantener reacciones en cadena.
Debido a este proceso, las estrellas son las generadoras de elementos más allá de hidrógeno y helio en el universo.
Cabe destacar que a partir del hierro (elemento 26), las reacciones de fusión nuclear absorben energía, es decir, la energía requerida para llevar a cabo la reacción es superior a la que devuelve.