핵융합 반응이 별들의 에너지원 이라는 과학적 사실이 알려지면서 지구상에서도 인공적으로 핵융합을 실험하려는 노력이 시작됐다. 수소폭탄의 개발도 그 일환으로 핵물리 학자인 텔러 박사(미국), 사하로프 박사(소련)의 주도하에 미·소 양국이 비밀리에 수소폭탄 개발에 나선 것은 1950년대 초반이었다. 거의 동시에 핵융합 에너지를 평화적으로 이용하는 방법 또한 모색되기 시작했다. 중수소와 삼중수소 1 그램으로 생산하는 핵융합에너지는 석유 6,000 리터, 우라늄 300그램이 내는 에너지와 맞먹는다. 중수소는 바닷물에서 채취할 수 있고 삼중수소는 지구표면과 바닷물에 풍부하게 있는 리튬에서 얻을 수 있기 때문에, 원료 또한 풍부 하고 손쉽게 손에 넣을 수 있다. 핵융합 에너지는 그래서 고밀도·대용량 에너지를 거의 무한에 가깝게 개발할 수 있고, 화석에너지의 고갈로 에너지 위기에 처한 지구에 각종 폐기물에 의한 환경오염을 유발하지 않으며, 핵분열과는 달리 방사능 유출의 염려가 없는, 깨끗하고 안전한 에너지다. 그러나 아직은 잠재력이 큰, 상용화 개발이 필요한 미래의 에너지이다.

수소폭탄의 핵융합반응은 제어되지 않기 때문에 순간적으로 넓은 공간에 퍼져버린다. 이 같은 핵융합 반응을 제어해 반응에너지를 안정적으로 서서히 끌어내는 것이 핵융합 에너지 개발의 목표이다. 지구상에서 핵융합반응을 일으키려면 1억도 이상의 온도가 필요하다. 이 정도면 수소가스가 플라즈마 상태(고체·액체·기체에 이은 물질의 네 번째 상태, 높은 온도로 기체를 가열했을 때 원자핵으로부터 전자가 완전히 분리돼 이온화한 상태)로 변하는 온도를 훨씬 뛰어넘는 수준이다. 가만히 두면 고온의 플라즈마는 마구 날아 가서 매우 불안정해진다. 따라서 핵융합반응을 지속시키려면 플라즈마를 강한 자기장이 걸린 핵융합로 안에 안정적으로 가두어야하는데, 이것이 과학적으로나 기술적으로 쉽지 않은 일이다. 플라즈마를 가두기 위해 중력 (태양), 관성 (수소폭탄)이 이용되기도 하지만, 핵융합 에너지 개발에는 주로 자기장이 이용된다. 현재까지 가장 이상적인 핵융합로 용기는 "토카막(Tokamak)" 즉, 자기장으로 만들어진 토러스 (도넛형의 입체)형의 방이라는 뜻의 장치이다. 진공방에 자기장을 만들어주면 플라즈마 입자는 자력선에 꿰인 구슬인 양 자력선을 벗어나지 못하고 자력선을 따라서만 움직이는데, 자력선을 도넛 모양으로 감아서 다람쥐 쳇바퀴 돌 듯 가둬버리는 것이다.