수소와 같은 작은 원자핵이 결합하여 헬륨과 같은 더 큰 원자핵을 생성하는 것을 핵융합이라고 합니다. 핵은 정전기 척력을 극복해야 하기 때문에 핵융합 반응은 4, 000만 켈빈 이상의 온도를 필요로 합니다. 이를 열핵반응이라고 합니다 질량수가 40에서 100 사이인 핵종들은 핵자당 결합 에너지가 높으며 일반적으로 안정합니다.따라서, 핵자당 낮은 핵 결합 에너지를 가진 더 가벼운 핵들이 결합되며 더 높은 결합 에너지를 가진 무거운 핵을 생성합니다. 생성물과 반응핵종의 핵 결합 에너지 차이는 엄청난 양의 에너지를 생성합니다. 특히 1g의 헬륨-4를 형성할 때 방출되는 에너지는 1 그램의 우라늄-235이 핵분열할 때 나오는 에너지보다 훨씬 큽니다.그렇다면 핵융합이 전기를 생산하는데 사용되지 않을까요? 아직은 아닙니다. 융합에 필요한 높은 온도에서 모든 분자들은 원자로 분리되고 즉 이온화되여 플라즈마를 형성합니다.이러한 반응에서 강한 토러스 모양의 자기장이 원자로의 역할을 합니다. 그러나 효율적인 사용은 여전히 기술적인 과제로 남아있습니다. 실제로 수소와 헬륨의 융합은 태양과 같은 주계열별에서 기본 수소 연소 과정과 같습니다.별들이 헬륨 융합을 시작할 때 두 개의 헬륨 핵은 베릴륨-8로 결합됩니다. 헬륨-4와 달리 베릴륨-8은 매우 불안정하고 흡열성을 가지며 쉽게 역융합 반응을 일으킵니다. 헬륨 융합이 가속화됨에 따라 베릴륨-8은 더욱 풍부해지고 헬륨-4와 융합되어 여기 상태의 탄소-12가 생성되며 이것은 때때로 안정적인 탄소-12로 이완됩니다.질량이 큰 별에서 탄소-12와 헬륨-4의 결합에 의해 시작되는 핵융합 연쇄반응은 마그네슘-24까지 일련의 원소를 생성합니다. 추가적인 핵융합 반응이 더 무거운 핵종을 생성함에 따라 반응물과 생성물 사이의 결합 에너지 차이가 감소하면 이러한 반응에서 생성되는 에너지가 감소하게 됩니다. 이 연쇄반응은 핵당 가장 높은 결합 에너지를 가지는 니켈-56에서 끝납니다.대신에 더 무거운 원소들이 별 또는 초신성의 독특한 폭발 직전 또는 폭발 중에 다수의 중성자 또는 양성자 포획 사건에 의해 생성됩니다.