氦聚变是核聚变的一种，参与此一反应的原子核是氦。

这种由氦4（α粒子）融合的反应就是3氦过程（3α过程），因为这项反应先由两个氦核聚变成为铍8，但是这种同位素很不稳定，半衰期只有2.6×10-16秒，随即又分裂成两个氦。如果这颗恒星的核心温度高达一亿K，并且又在红巨星或红超巨星末期的演化阶段，则第三颗氦原子能在铍衰变之前参与反应，于是形成碳12。取决于温度和压力，额外的氦核也可能参与反应形成氧16；在非常高的温度下，另外的氦核也可能和氧融合而产生更重的元素（参考氦核作用）。

氦3本身或氦4主要形成于主序星（参考质子-质子链反应），并且一般还不会进行氦聚变。

核聚变，又称核融合、融合反应或聚变反应，是指将两个较轻的核结合而形成一个较重的核和一个很轻的核（或粒子）的一种核反应形式。在此过程中，物质没有守恒，因为有一部分正在聚变的原子核的物质被转化为光子（能量）。核聚变是给活跃的或“主序的”恒星提供能量的过程。

两个较轻的核在融合过程中产生质量亏损而释放出巨大的能量，两个轻核在发生聚变时虽然因它们都带正电荷而彼此排斥，然而两个能量足够高的核迎面相遇，它们就能相当紧密地聚集在一起，以致核力能够克服库仑斥力而发生核反应，这个反应叫做核聚变。

举例：两个质量小的原子，比方说两个氚，在一定条件下（如超高温和高压），会发生原子核互相聚合作用，生成中子和氦-4，并伴随着巨大的能量释放。

原子核中蕴藏巨大的能量。根据质能方程E=mc，原子核之净质量变化（反应物与生成物之质量差）造成能量的释放。如果是由重的原子核变化为轻的原子核，称为核裂变，如原子弹爆炸；如果是由较轻的原子核变化为较重的原子核，称为核聚变。一般来说，这种核反应会终止于铁，因为其原子核最为稳定。

最早的人工核聚变技术是氢弹，同时在20世纪50年代，人类开始认真地研究发展用于民用目的的受控热核聚变，并一直持续到今天。在经过60年从以前的实验中做出设计改进之后，采用激光约束的国家点火装置(NIF)和采用磁约束的国际热核聚变实验反应堆(ITER)这两个主要项目的目标为在反应中产生的能量超过点燃反应所需要的能量。ITER还计划实现聚变“自持”。

聚变能（又称核聚变能源）指利用核聚变产生能量。聚变反应是一种结合两个较轻核子产生较重核子

几乎所有针对大规模商业应用提出的方案，热量都由受控核聚变产生的中子散射提供，并如同现今核能、火力发电厂一般，提供给蒸汽涡轮发动机发电。

许多不同的聚变能概念曾被提出，截至2016年1月，主要的设计为托卡马克以及惯性约束聚变。这些技术还无法用于商业运转，目前启动以及维持反应所需的能源大于产出。