Vereinigen sich z. B. Deuterium und Tritium zu dem schwereren Helium, wird Bindungsenergie in einem viel stärkeren Ausmaß als bei der Kernspaltung frei. Bisher wurde jedoch noch keine Kilowattstunde Strom durch Kernfusion erzeugt. Von einem neuen Versuchsreaktor ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor), der ab 2006 in Cadarche (Frankreich) gebaut wird, erhoffen sich Experten, dass etwa 2020 mehr Energie aus dem Kernfusionsreaktion produziert wird als hineingesteckt werden muss. Der kommerzielle Einsatz der Kernfusion zur Stromerzeugung wird frühestens ab Mitte des Jahrhunderts erwartet.
Bei der Kernfusion wird voraussichtlich deutlich mehr radioaktiver Abfall pro erzeugter Kilowattstunde Strom anfallen als in heutigen Atomkraftwerken, allerdings mit einer wesentlich geringeren Radioaktivität.