در یک تعریف ساده باید گفت که همجوشی یک علم چند رشته‌ای است که بر توسعه‌ی یک منبع انرژی بر اساس واکنش همجوشی وابسته به درجه حرارت هسته اتمی کنترل شده تمرکز دارد. زمانی که دانشمندان در اوایل قرن بیستم، هسته اتم را شکافتند، تصور می‌کردند که توانسته‌اند نحوه شکل‌گیری عالم از ذرات کوچک را بشناسند. آنچه که آن‌ها نمی‌دانستند این بود که به مکانیزمی دست یافته‌اند که می‌تواند در تولید انرژی و همچنین ساخت بمب کاربرد داشته باشد.
همچنین فرایندی است که در آن دو هسته سبک، معمولاً هیدروژن، با ترکیب شدن به یک هسته سنگین‌تر تبدیل می‌شوند. این فرایند باعث تولید انرژی زیادی میشود و به عنوان منبع اصلی انرژی در ستارگان، از جمله خورشید، استفاده میشود.
در این فرایند دو هسته با دمای بسیار بالا و فشار بسیار زیاد با یکدیگر ترکیب می‌شوند و یک هسته جدید و سنگین‌تر تولید میشود. این فرایند باعث تولید انرژی بسیار زیادی در قالب نور و گرما میشود که در ستارگان، این انرژی برای تولید نور و گرما و همچنین حفظ تعادل فشار و گرانش استفاده میشود. در دنیای علم به عنوان یکی از راه‌های تولید انرژی پاک و بدون آلاینده‌های محیطی مورد مطالعه و تحقیق قرار دارد و به عنوان یکی از گزینه‌های انرژی‌های قابل تجدید مورد توجه است.
منابع سوخت آن بسیار فراوان است و معضل پسماندهای هسته‌ای را ندارد یعنی اینکه در هنگام وقوع حوادث احتمالی، رآکتور همجوشی از کنترل خارج نمی‌شود. به عنوان مثالی از انرژی تولیدی در یک رآکتور همجوشی می‌توان گفت اگر یک گالن از آب دریا را که دارای مقدارکافی دوترون است در واکنش همجوشی استفاده کنیم معادل ۳۰۰ گالن گازوئیل انرژی بدون آلودگی تولید می‌کند.
شكافت هسته‌ای هنگامی اتفاق می‌افتد كه نوترون با هسته برخی از اتم‌های سنگين برخورد می‌کند. این فرایند باعث میشود كه هسته اصلی به دو يا چند عنصر نامساوی تقسيم شود. بيشتر انرژی شکافت به انرژی جنبشی تبدیل می‌گردد. در این فرایند یک اتم سنگین مانند اورانیوم به دو اتم سبک‌تر تبدیل میشود. وقتی هسته‌ای با عدد اتمی زیاد شکافته شود، بر پایه فرمول انیشتین مقداری از جرم آن به شکل انرژی آزاد می‌گردد.
یک منبع انرژی پایدار ارائه می‌دهد و از منابع سوخت کافی استفاده می‌کند. نکته مهم این است که همجوشی گازهای گلخانه‌ای یا ضایعات رادیواکتیو تولید نمی‌کند. انرژی آزاد می‌کند زیرا جرم هسته‌ی آن کمتر از جرم پروتون و نوترون‌های آن است و یک وانت پر از سوخت آن دارای انرژی معادل ۲ میلیون تن متریک ذغال سنگ یا ۱۰ میلیون بشکه نفت است.
اضافه شدن پروتون‌ها و نوترون‌های بیشتر به هسته اتم آهن، انرژی بیشتری تولید نمی‌کند زیرا انرژی پیوندی در عنصر آهن در حداکثر میزان خود است. برای آن عناصر سنگین‌تر از آهن انرژی لازم است.
عناصر سنگین‌تر از آهن انرژی موردنیاز همجوشی را از انفجار سایر ستاره‌ها دریافت کرده‌اند. انفجار یک ستاره بزرگ که اصطلاحا آن را ابرنواختر می‌نامند، انرژی لازم برای آن تمام عناصر سنگین‌تر از آهن را فراهم می‌کند.
در حالت کلی انرژی هسته ای با دو روش شکافت تولید می شود. شکافت هسته ای یک هسته سنگین با فروپاشی به عناصر سبک تر تبدیل می شود در این فرآیند زباله های هسته ای تولید خواهد شد. در مقابل همجوشی هسته ای روشی ایمن برای تولید انرژی هسته ای پاک است که در نتیجه ترکیب دو هسته سبک آزاد می شود.
یک فرآیند مهم دیگر نوکلئوسنتز ستاره ای است که به ستاره ها از جمله خورشید نیرو می دهد. در قرن ۲۰ تشخیص داده شد که انرژی آزاد شده از واکنش های هسته ای ثبات گرما و نور ستاره ها را تشکیل می دهند. این فرآیند در یک ستاره با شروع واکنش هیدروژن و هلیوم شروع می شود که هسته های جدید را سنتز می کند. بسته به جرم ستار زنجیره وار واکنش های مختلفی رخ خواهد داد.
واکنش های آن دو نوع اساسی هستند مورد اول آنهایی که تعداد پروتون ها و نوترون ها را حفظ می کنند و مورد دوم آنهایی که شامل تبدیل پروتون ها و نوترون ها هستند. واکنش های نوع اول برای تولید انرژی همجوشی عملی مهمترین هستند در حالی که واکنش های نوع دوم برای شروع سوختن ستاره بسیار مهم هستند.
هر دوی این واکنش ها گرماده هستند بنابراین انرژی تولید می کنند. واکنش H-H می تواند با آزاد شدن خالص انرژی اتفاق بیفتد و همراه با واکنش های بعدی ، منبع اصلی انرژی که ستاره ها را حفظ می کند ، فراهم کند. هسته ی سرد نوع دیگری از آن است که وجود خارجی ندارد اما در شرایط خاص می توان برخی از واکنش ها را بدون حرارت بالا انجام داد که به عنوان همجوشی سرد شناخته می شوند.
